CN101304915A - 破冰方法、马达驱动的船舶及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用马达驱动的、带有三个船体的船舶即三体船(4)破冰的方法，三体船包括中间船体(3)、推进装置(9)、右侧船体(1)、左侧船体(2)和甲板(5)，三个所述船体连接该甲板。根据本发明的方法中，利用三体船的中间船体(3)破冰。本发明还涉及一种马达驱动的、带有三个船体的船舶，即三体船(4)，三体船包括中间船体(3)、推进装置(9)、右侧船体(1)、左侧船体(2)和甲板(5)，三个所述船体连接该甲板。根据本发明的三体船(4)中，推进装置(9)设置在中间船体(3)中，且沿中间船体纵向方向的龙骨(7)设置在中间船体底部的船首(3a)中，以用于破冰。本发明还涉及三体船(4)用于破冰的应用。

Description

破冰方法、马达驱动的船舶及其应用

技术领域

本发明涉及根据所附独立权利要求前序部分的破冰方法、马达驱动的三体船(trimaran)以及该三体船用于破冰的应用。

背景技术

三体船指一种船、艇或其他船舶(watercraft)，其具有三个船体(hull)。在本申请中，使用术语“中间船体”和“侧船体”表示所述船体。已知三体船既可用作航行，也可作为内燃机船(motor vessel)。三体船的三个船体的目的是为了提高船舶的稳定性。三个船体还能够形成大的甲板面积。

大多数现有技术的三体船并没有设计为在结冰的环境中行进，而且在结冰的环境中三体船的性能很差。如果试图用现有技术的三体船去破冰，容易在冰上形成分开的三个槽，并且破碎的冰块塞满在这种船舶的船体之间。因而，总的破冰阻力变大。大多数破冰船(ice-breaking vessel)具有一个船体，但为了提高破冰能力，曾做了一些关于船体形状的决定，而这些决定降低了这种船舶在没结冰的水面(open water)上性能。

在专利公开RU 2171203 C1中披露了一种三体船，这种三体船的船首(bow)上连接有水力破冰装置。裂冰楔(ice-separating wedge)设置在船舶的中间船体中，并沿两个侧船体的方向开口。水翼(hydrofoil)设置在中间船体和两个侧船体之间。利用水力冰切割装置在船舶前方将冰切割成适当尺寸的碎块。船体下方的水充满空气，在水翼的协助下，三体船攀升到冰上。此后，经冰切割装置切割的冰被船舶的重量压碎。这一方案非常复杂，特别是因为其需要在三体船的船首连接冰切割装置和气囊。另外，根据该公开文本，带有冰切割装置的三体船除切割冰之外难以适合其他的应用。

发明内容

本发明的目的是减少或者甚至消除出现在现有技术中的上述问题。

本发明的一个目的是获得一种方法，在该方法中，可利用三体船来破冰，且破冰所需的能量非常少。

本发明的另一个目的是获得一种船舶，其既能够在结冰的环境中行进破冰，也能够在没结冰的水面上良好地航行，并且特别是在两种环境下均能够保持稳定。

本发明的又一个目的是获得一种船舶，其成波(wave formation)阻力和摩擦阻力小，且破冰时总体阻力小。

本发明的再一个目的是获得一种破冰船舶，这种破冰船舶破冰所需能量非常少。

为了达到上述的目的，除了别的方面以外，根据本发明的破冰方法、马达驱动的三体船以及三体船用于破冰的应用的特征在于所附的独立权利要求的特征部分所提出的内容。

在可适用的条件下，即使并没有总是明确地指出，本说明书中述及的示例性的应用和优点应用于根据本发明的破冰方法、马达驱动的三体船以及三体船用于破冰应用。

在根据本发明的典型的方法中，利用马达驱动的、带有三个船体的船舶(即三体船)进行破冰，该三体船包括中间船体、推进装置(propulsiondevice)、右侧船体和左侧船体以及甲板，三个所述船体连接该甲板，利用该三体船的中间船体破冰。该方法的主要优点在于：破冰无需单独的、例如从船体中凸出的破冰装置，而是利用该三体船的中间船体执行破冰操作。当从船舶的船尾(stern)朝向船首望去时，该右侧船体位于该中间船体的右侧，而该左侧船体位于该中间船体的左侧。在典型的三体船所用的方式中，侧船体与主船体分开，从而使该船舶特别稳定。

在根据本发明的实施例的方法中，该中间船体的低斜度(low-gradient)的船首部分地设置在冰上，并且该三体船的船首中的龙骨(keel)首先冲击冰，并在冰上产生缝隙(line)。冰从该缝隙处开始破裂，此后中间船体的底部撞击冰并通过充分地向下推挤冰而将其破碎，由此，冰在与该中间船体实质相同宽度的区域上破碎。

在根据本发明的实施例的方法中，所述侧船体在该船舶的纵向方向上比中间船体设置得更靠后，比中间船体的船首显著更晚地撞击冰。当该中间船体已在侧船体之前在冰上破开了一条宽度与该中间船体相同的通道时，侧船体破冰更加容易。

在根据本发明的实施例的方法中，将侧船体设置为在该船舶的竖直方向上高于中间船体。因此，侧船体非常容易地至少部分抬升到冰的顶部上，并通过向下弯折冰盖(ice cover)的边缘，以非常少量的能量来破冰，由此侧船体无需通过完全刺穿(piercing)冰来破冰。因此，破冰阻力非常小。此外，由于侧船体的缘故，该船舶在结冰环境中和没结冰的水面上都非常稳定。

在根据本发明的实施例的方法中，侧船体向下弯折并破碎余留在中间船体两侧的冰，从而在冰上形成破冰通道(broken passage)，该破冰通道的宽度实质上是包括两个侧船体的整个船舶的宽度。

在根据本发明的实施例的方法中，侧船体使冰向下弯折从而破冰，无需实质上刺穿冰。由于中间船体首先在冰上打开了与其自身同宽的通道，其后，被侧船体按压的冰区域的边缘在中间船体对应于侧船体的侧边上失去支撑，因此所述侧船体能够向下弯折冰并以非常少量的能量使冰块实质上在其原位置上被破碎。被侧船体向下弯折的冰块不会堆积在中间船体和设置得较高的侧船体之间，因此，破冰时的阻力非常小。

在根据本发明的实施例的方法中，安装在中间船体内的推进装置产生三体船的主要推进力。当推进装置设置在中间船体内时，由于中间船体将冰破碎成足够小的冰块，因而即使在冰水中，推进装置仍能够很好地与水接触，并能够有效地在水中推进。

根据本发明，典型的马达驱动的、带有三个船体的船舶(即三体船)，包括中间船体、推进装置、右侧船体和左侧船体以及甲板，三个所述船体连接该甲板。在根据本发明的典型三体船中，推进装置设置在该中间船体中，并且在该中间船体的纵向方向上的龙骨设置在该中间船体的底部的船首内，以用于破冰。除了破冰功能之外，龙骨还保护和加强该船舶的船首和底部。根据本发明的船舶在结冰环境中和没结冰的水面上都能够很好地行进，且在两种情况下都特别稳定。与具有长度相当的单一船体的船舶相比，该船舶的甲板面积能够设置得非常大。

根据本发明的非常有利的实施例，龙骨与侧板实质上处于同一水平面。

根据本发明的实施例，龙骨的高度为40-100mm，优选地为50-70mm，宽度为20-60mm，优选地为30-50mm。根据本发明的实施例，龙骨的显著凸出的部分沿船舶的纵向方向设置在中间船体的底部的船首部分上，通过该龙骨的凸出部分首先打破冰层，从而在破冰时几乎全部地撞击冰层。该龙骨的显著凸出的部分是指这样的部分：在此处，从包围龙骨的中间船体的底部起，龙骨的高度例如为40-100mm，或优选地为50-70mm。在一个应用中，该龙骨的显著凸出的部分大约从吃水线(water line)上方1米处开始并从吃水线向后延伸2-8米。根据一个实例，龙骨的长度实质上等于整个船体的长度。根据本发明的一个实例，在两个侧船体的底部也设置了窄龙骨，这种窄龙骨特别地提高了弯折冰层的能力。

在本发明的一个应用中，三体船的中间船体的长度和宽度的倍数关系至少为5，优选地为5-20，更优选地为6-15，特别优选地为7-10。因此该中间船体非常长和窄，其中该中间船体以及整个船舶因此具有小的成波阻力和摩擦阻力。根据本发明的实施例的三体船在没结冰的水面上以大于1的佛路德数(Froude number)工作。在破冰时，窄船体的总阻力也较小。根据一个应用，三体船的长度为10-300米，根据另一个应用，此长度为10-200米，而根据又一个应用，则为100-300米。根据一个应用，三体船的长度为10-40米，优选地为11-30米。在一个应用中，三体船长度大约为18-22米，且其最大宽度为9-11米，由此，中间船体的宽度为3-5米，侧船体的宽度为0.5-1.5米，而侧船体和中间船体之间的距离为1.5-2米。

在本发明的一个应用中，侧船体的船首设置为在该船舶的纵向方向上实质上比中间船体的船首更靠后。当侧船体设置为明显地比中间船体更靠后时，该三体船的转向能力特别好。本发明特别有利的特性在于：由于侧船体设置为比中间船体实质上更靠后，因此该三体船能够在其在结冰区域内破开的破冰通道内转向，从而能够离开该通道。而这种转向通常对于具有单船体的破冰船舶而言是非常困难的，这类船舶通常通过船首的形状而转回破冰通道内。

在本发明的应用中，中间船体的底部在船舶的竖直方向上实质上低于侧船体的底部。

在本发明的应用中，中间船体的底部相对于水的迎角(incidence angle)为10°-45°(度)，优选地为13°-25°，更优选地为14°-20°。由于这种低斜度的迎角，船舶的船首在破冰时能够容易部分地抬升到冰上，此后，船舶的船首和前部的底部相对于运动方向向下倾斜地及向前倾斜地推挤冰，由此，利用相对少量的能量将冰破碎成碎块。

在本发明的应用中，中间船体的宽度在纵向方向上从船体中点朝向船尾减小或保持相同。因此，冰不容易堆积在中间船体和侧船体之间。由于侧船体设置得比中间船体高，并且通过首先向下弯折冰来破碎冰的边缘，因此在破冰时，被侧船体弯折的冰无论如何不容易进入侧船体和中间船体之间。

在本发明的一个应用中，两个侧船体的后部与中间船体的后部在船舶的纵向方向上实质上齐平。

在本发明的一个应用中，中间船体的承载容量相当于船舶排水量(displacement)的50-99％，优选地为70-90％，特别优选地为80-90％。当中间船体承载船舶重量的如此大的一部分时，可以将该船舶的技术首先集中到中间船体上。具有大排水量的中间船体虽然较长，但可制造得非常细，从而使成波阻力和破冰阻力较小。

在本发明的一个应用中，该船舶除包括中间船体和右侧、左侧船体之外，还包括至少一个船体，由此该船舶具有例如4个、5个、6个或7个船体。在本发明的一个应用中，该船舶除包括中间船体和右侧、左侧船体之外，还包括两个辅助(subsidiary)船体，所述辅助船体的船首设置为在该船舶的纵向方向上比侧船体更靠后。从该船舶的船尾朝向船首看去，该右侧辅助船体设置在该右侧船体的右侧，而该左侧辅助船体设置在该左侧船体的左侧。在破冰时，中间船体首先在冰上破开一个该中间船体宽度区域，左侧和右侧船体比中间船体更晚地撞击冰层，并实质上在所述侧船体的宽度上使冰向下弯折并破碎余留在中间船体两侧的冰。辅助船体比两个侧船体更晚地撞击冰和弯折更多的冰，由此，破冰通道的宽度实质上相当于辅助船体彼此之间的距离。

在根据本发明的三体船用于破冰的典型应用中，所述三体船对应于本申请中示出的本发明的实施例之一。

附图说明

下面参照附图详细描述本发明，在附图中：

图1示出从前面，即从船首方向看到的根据本发明的第一实施例的三体船。

图2示出从侧面看到的根据本发明第一实施例三体船。

图3示出从下面，即从船的底部看到的根据本发明的第一实施例的三体船。

图4示出根据本发明第二实施例的破冰船正在破冰的情形。

具体实施方式

图1示出从前面，即从船舶的船首方向看到的根据本发明的第一实施例的三体船4，其中该三体船包括中部船体3、右侧船体1、左侧船体2以及甲板5，所有三个船体1、2、3都连接在该甲板上。中间船体3形成船舶4的主船体。根据该图，中间船体的宽度大于两个侧船体1、2，并承担着船舶4的排水量的最大部分，在本示例中，中间船体大约承担85％的排水量。两个侧船体1、2在竖直方向上比中间船体3高，且因此吃水并不很深，但两个侧船体使船舶4非常平稳。在该图中，以附图标记6标记水面。从图中还可看到一个非常大的甲板，这是根据本发明的三体船与单船体的船舶相比所具有的优点之一。在中间船体的底部的船首部分中、实质上(essentially)在该船舶的侧向的中间是龙骨7，龙骨7尤其充分地促进破冰。

图2示出从侧面看到的本发明第一实施例的三体船4。从该图中可见，中间船体3的底部相对于水面的迎角(incidence angle)α为非常低的斜度(low-gradient)，在本示例中大约为20°。在结冰的环境中，中间船体的前端由于其低斜度的迎角而部分地抬升到冰上，并通过向下推挤冰来破冰，由此破冰所需的能量显著地小于在实质上沿水面6的方向将冰撞击(ram)成块的情况下所需的能量。侧船体1相对于中间船体3设置为该侧船体的船首1a在纵向方向上比中间船体的船首实质上更靠后，在本示例中处于该中间船体的中点位置。侧船体1的底部的船首部分11a显著地高于中间船体的中点的底部31a，两者在船舶4的纵向方向上的设置位置相同。侧船体1相对于水面6的迎角也近似与中间船体3的迎角一样的低斜度，因此在结冰的环境中，侧船体1也容易部分地抬升到冰上，并使侧船体之下的冰向下弯折及破碎。侧船体1的位置也高于中间船体3，这有助于使侧船体1部分地到达冰上并部分地停留在冰上。

图3示出从下面，即从船的底部看到的根据本发明的第一实施例的三体船。所有三个船体1、2、3形成为实质上长而细的形状，中间船体3的长和宽的关系大约为六倍(sextuple)。从该图中可见，中间船体3在纵向方向上的中点处最宽，也就是大约在侧船体的船首1a、2a所设置的同一位置处。在本示例中，中间船体3的宽度在纵向方向上从中点向船尾3b减小。当从侧船体的船首1a、2a的位置朝向该船舶的船尾4b移动时，中间船体3和侧船体1、2之间的距离沿着水面方向实质上不会变窄。除其它因素之外，由于这种设计，冰不会堆积在中间船体和侧船体之间。

图4示出根据本发明第二实施例的破冰船正在破碎冰8的情形。该图示出了从上方看的三体船。为使图尽可能清晰，图中仅示出了三体船的三个船体1、2、3，而未示出甲板。从该图中可见该三体船的中间船体的船首3a和龙骨7，该龙骨7从底部的船首部分尤其显著地突出，船首3a和龙骨7首先撞击待破碎的冰8。该图中示出了龙骨7，使其能够透过中间船体3而被看见。中间船体3在冰中破开一条大体与其等宽的通道。该中间船体将冰破碎成小块，以使设置于该中间船体后部内的推进装置9能有效地在水中推进。在该船舶的纵向方向上比中间船体设置得更靠后的侧船体1、2撞击冰8要显著地晚于中间船体3的船首3a。通常，侧船体1、2设置为在该船舶的竖直方向上高于中间船体3，因此所述侧船体并不完全穿过冰，而只是向下推挤冰8，以使冰大约在两个侧船体1、2的位置处被弯折并被破碎。正如从侧船体1、2看去那样，由于被向下推挤的冰的边缘在中间船体3的侧面上没有稳固的支撑，因此以上述方式弯折冰相对容易，并耗费较少的能量。从该图中可见，中间船体将冰破碎成小块15，但被两个侧船体通过弯折而破碎的冰段16保持较大的尺寸，但仍然是分开的，以使宽度等于或小于破冰通道的宽度L的船舶能够容易地在被三体船破碎、但没有破冰的该通道内行进。

虽然本申请中已经特别强调了根据本发明的三体船的破冰能力，但应当注意的是，根据本发明的三体船在未结冰的水面上也能够良好地工作。

附图示出了本发明的优选应用。但考虑到本发明的主要思想，附图并未单独地示出那些不相关的、并为本领域内技术人员所共知的或明显的内容。对本领域内技术人员来说，显然本发明并不仅仅局限于上述的示例，而是能够在所附的权利要求书限定的范围之内变化。从属权利要求提出了本发明的一些可行的实施例，而它们同样不能够被视为限制本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种破冰的方法，该方法利用马达驱动的、带有三个船体的船舶(4)即三体船，该三体船包括中间船体(3)、推进装置(9)、右侧船体(1)、左侧船体(2)以及甲板(5)，三个所述船体连接该甲板，其特征在于，利用该三体船的中间船体破冰。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在该方法中，该中间船体的低斜度的船首(3a)部分地设置在冰上，并且该三体船的船首中的龙骨(7)首先冲击冰并在冰上产生缝隙，冰从该缝隙处开始破裂，此后，该中间船体(3)的底部撞击冰并通过充分地向下推挤冰而将其破碎，以使冰在与该中间船体基本相同宽度的区域上被破开。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述侧船体(1，2)设置为在该船舶(4)的纵向方向上比该中间船体(3)更靠后，所述侧船体(1，2)比该中间船体的船首(3a)实质上更晚地撞击冰。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述侧船体(1，2)设置为在该船舶的竖直方向上高于该中间船体(3)。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述侧船体(1，2)使余留在该中间船体(3)两侧的冰向下弯折并破碎，以在冰上形成破冰通道，该破冰通道的宽度实质上等于包括所述侧船体的整个船舶(4)的宽度。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述侧船体(1，2)使冰向下弯折，从而破碎冰而无需实质上刺穿冰。

7.根据前述权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，该船舶(4)的主要推进力由设置在该中间船体(3)中的推进装置(9)产生。

8.一种马达驱动的、带有三个船体的船舶(4)即三体船，包括：中间船体(3)，其中设置有推进装置(9)、右侧船体(1)、左侧船体(2)以及甲板(5)，三个所述船体连接该甲板；其特征在于，沿该中间船体的纵向方向的龙骨(7)设置在该中间船体的底部的船首部分(3a)上，以用于破冰。

9.根据权利要求8所述的三体船(4)，其特征在于，该龙骨(7)实质上与侧板处于同一水平面。

10.根据权利要求8或9所述的三体船(4)，其特征在于，该中间船体(3)的长度和宽度的倍数关系大于5，优选地为5-20，更优选地为6-15，特别优选地为7-10。

11.根据权利要求8-10中任一项所述的三体船(4)，其特征在于，所述侧船体(1，2)的船首设置为在该船舶(4)的纵向方向上实质上比该中间船体的船首(3a)更靠后。

12.根据权利要求8-11中任一项所述的三体船(4)，其特征在于，该中间船体(3)的底部设置为在该三体船的竖直方向上实质上低于所述侧船体(1，2)的底部。

13.根据权利要求8-12中任一项所述的三体船(4)，其特征在于，该中间船体(3)的底部相对于水面的迎角为10°-45°，优选地为13°-25°，更优选地为14°-20°。

14.根据权利要求8-13中任一项所述的三体船(4)，其特征在于，该中间船体(3)的宽度沿着该纵向方向从该船体的中点朝向船尾减小或保持相同。

15.根据权利要求8-14中任一项所述的三体船(4)，其特征在于，该中间船体(3)的承载容量相当于该船舶(4)的排水量的50-99％，优选地相当于70-90％，特别优选地相当于80-90％。

16.三体船(4)用于破冰的应用，其特征在于，该三体船与上述权利要求8-15其中之一中的三体船一致。

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