CN107856816A - 一种无人冰下破冰潜器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无人冰下破冰潜器，艇体尾部是设置有压载的艇体压载尾部，艇体艏部的前端设置有破冰钻头，艇体中部内的中间位置设置有水密横舱壁，水密横舱壁将艇体中部内的空间分为第一压载水舱和第二压载水舱，第一压载水舱和第二压载水舱内的顶端分别设置有高压气瓶和高压气管，所述高压气管的一端与高压气瓶连通、另一端是封闭端，第一压载水舱和第二压载水舱内的底端均设置有通海阀和通气阀，每个高压气管上还设置有高压气阀开关，两个高压气瓶之间是连通的，第二压载水舱内的高压气瓶还与外部脐带缆连通。本发明结构简单，当极地船舶遇到超过船舶破冰能力冰区时，可借助本发明进行破冰航行，大大提高冰区船舶极端情况下的破冰能力。

Description

一种无人冰下破冰潜器

技术领域

本发明涉及一无人冰下破冰潜器，属于破冰技术领域。

背景技术

目前，破冰船或其他破冰装备主要通过在冰上对冰面施加载荷，使冰面过载而实现破冰，破冰船以倾斜船头向冰面挤压或碰撞来产生载荷，冰面破冰装备以自重、爆炸、振动等方式来对冰面产生载荷，传统破冰装备往往出现结构设计庞大或控制较为复杂的问题。尚未见到有一个通过改变自身排水状态，仅仅利用自身浮力和破冰型结构进行破冰的破冰装备。

发明内容

本发明的目的是为了区别于传统破冰装备而提供一种专门从冰面下破冰的无人冰下破冰潜器，具有结构简单，破冰能力强的特点。

本发明的目的是这样实现的：包括由艇体艏部、艇体中部和艇体尾部组成的潜器，艇体尾部设置有推进器、水平舵和垂直舵，所述艇体尾部是设置有压载的艇体压载尾部，所述艇体艏部的前端设置有破冰钻头，所述艇体中部内的中间位置设置有水密横舱壁，所述水密横舱壁将艇体中部内的空间分为第一压载水舱和第二压载水舱，第一压载水舱和第二压载水舱内的顶端分别设置有高压气瓶和高压气管，所述高压气管的一端与高压气瓶连通、另一端是封闭端，第一压载水舱和第二压载水舱内的底端均设置有通海阀和通气阀，每个高压气管上还设置有高压气阀开关，两个高压气瓶之间是连通的，第二压载水舱内的高压气瓶还与外部脐带缆连通。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.每个高压气管上设置的高压气阀开关的个数为2个。

2.所述无人冰下破冰潜器完成冰下破冰的过程包括四个阶段：

第一阶段为调节潜器浮态至航行状态阶段：先打开两个通海阀和两个透气阀，调节两个压载水舱的压载水量实现潜器水平悬浮状态，而后关闭对应的通海阀和透气阀，此时潜器重心移动到与浮心共一竖直轴；

第二阶段为潜器移动阶段：潜器以正常潜器水下航行姿态从冰区水下水平移动到待破冰冰面位置下方，

第三阶段为调节潜器浮态至破冰状态阶段：潜器依次打开第一、第二压载水舱的高压气阀和通海阀，高压气体先后把第一、第二水舱压载内的水排出，潜器重心移动到靠近压载尾部附近，此时重力和浮力竖直方向不同轴，产生一个使潜器首部上浮，尾部下沉的力矩，当潜器变为首部在上尾部在下的竖直状态时，力矩消失；

第四阶段为潜器上浮破冰阶段：潜器所受浮力大于自身重力，潜器上浮，当潜器上浮至破冰钻头接触冰面时，破冰钻头将在冰面接触区域产生巨大压强，使冰面破坏，实现破冰。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明是专门设计用于从冰下破冰的破冰装备，目前无相关冰下破冰装备类似的专利。本发明在破冰过程中能灵活调整自身浮态，在冰面下以竖直状态上浮，在接触冰面时，能在破冰钻头附近冰面上产生远大于传统破冰装备的巨大压强，破冰能力强大，能对较厚冰面进行破冰；本发明结构简单，整体尺寸较目前破冰装备而言更小，可作为极地冰区船舶辅助破冰装备，平时搭载极地冰区船舶上，当极地船舶遇到超过船舶破冰能力冰区时，可借助本发明进行破冰航行，大大提高冰区船舶极端情况下的破冰能力。

本发明的原理是：本发明装置在冰面下通过打开高压气阀与通海阀，将第一、第二压载水舱压载水依次排空，潜器整体重力减小且重心移动至艇体尾部压载部分附近，在上浮的过程中，所述潜器姿态由水平变为艇体首部在上，艇体尾部在下的竖直状态，当潜器上浮至首部破冰钻头接触冰面时，钻头将在冰面接触区域产生巨大压强，使冰面破坏，实现破冰。本发明结构简单，整体尺寸较目前破冰装备而言更小，可作为极地冰区船舶辅助破冰装备，平时搭载极地冰区船舶上，当极地船舶遇到超过船舶破冰能力冰区时，可借助本发明进行破冰航行，大大提高冰区船舶极端情况下的破冰能力。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

图2是本发明的艇体中部舱室布置局部视图。

图3是本发明的破冰钻头与艇体首部连接的局部视图。

图中1.艇体中部，2.脐带缆，3.艇体压载尾部，4.垂直舵，5.水平舵，6.推进器，7.通海阀，8.第二压载水舱，9.透气阀，10.通海阀，11.第一压载水舱，12.透气阀，13.艇体首部，14.破冰钻头，15.高压气阀，16.高压气管，17.高压气阀，18.高压气瓶，19.水密横舱壁，20.高压气瓶，21.高压气阀，22.高压气管，23.高压气阀，24.钻头加强肘板，25.法兰，26.固定螺栓，27.固定螺母。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明为一种无人冰下破冰潜器，主要应用于破冰技术领域，包括艇体中部，脐带缆，艇体压载尾部，垂直舵，水平舵，推进器，通海阀，第一压载水舱，第二压载水舱，透气阀，艇体首部，破冰钻头，高压气阀，高压气道，高压气瓶，所述艇体压载尾部布置大量压载，使得潜器在无压载水状态时重心靠近压载尾部附近，所述第一、第二压载水舱分别设置有高压气瓶，高压气阀，高压气道，通海阀，透气阀，所述潜器整体浮心靠近潜器首部，本发明完成冰下破冰的过程由以下四个阶段组成，第一阶段为调节潜器浮态至航行状态阶段，本阶段潜器先打开通海阀和透气阀，调节压载水舱的压载水量实现潜器水平悬浮状态，而后关闭通海阀和透气阀，此时潜器重心移动到与浮心共一竖直轴，第二阶段为潜器移动阶段，本阶段潜器以正常潜器水下航行姿态从冰区水下水平移动到待破冰冰面位置下方，第三阶段为调节潜器浮态至破冰状态阶段，本阶段潜器依次打开第一、第二压载水舱的高压气阀和通海阀，高压气体先后把第一第二水舱压载水排出，潜器重心移动到靠近压载尾部附近，此时重力和浮力竖直方向不同轴，产生一个使潜器首部上浮，尾部下沉的力矩，当潜器变为首部在上，尾部在下的竖直状态时，力矩消失，第四阶段潜器上浮破冰阶段，本阶段潜器所受浮力大于自身重力，潜器上浮，当潜器上浮至首部破冰钻头接触冰面时，钻头将在冰面接触区域产生巨大压强，使冰面破坏，实现破冰。为了延长装置使用寿命，本发明还对易于损坏的破冰钻头部分采用了局部加强和整体可更换设计。

在图1中，脐带缆2通过艇体中部1的上部与潜器相连，向潜器传送控制指令，电力和高压气体，艇体压载尾部3与艇体中部1相连，艇体压载尾部3内设置较大压载，保证潜器在排空压载水状态下艇体重心靠近艇体压载尾部3，垂直舵4安装于艇体压载尾部3末端正上方，水平舵5垂直于垂直舵4水平布置在艇体尾部3末端，推进器6安装在艇体压载尾部3正后方，艇体中部1内由第一压载水舱11与第二压载水舱8组成，第一压载水舱11与第二压载水舱8由水密横舱壁19分隔开，高压气瓶18安装在第一压载水舱11顶部，高压气瓶18靠近艇尾的一端贯穿水密横舱壁19直接与高压气瓶20相连，高压气瓶18的另一端与安装在第一压载水舱11顶部的高压气管16相连，高压气阀15与高压气阀17分别安装在高压气管16上，透气阀12安装在第一压载水舱11底部靠近艇首的壳体上，与外部海水相通，通海阀10安装在第一压载水舱11底部靠近水密横舱壁19的壳体上，与外部海水相通，透气阀9安装在第二压载水舱8底部靠近水密横舱壁19的壳体上，与外部海水相通，通海阀7安装在第二压载水舱8底部靠近艇尾的壳体上，与外部海水相通，高压气瓶20安装在第二压载水舱8顶部，且与脐带缆2相通，高压气道22靠近艇首的一端与高压气瓶20相连，高压气阀21与高压气阀23安装在高压气道22上，第一压载水舱11艇首端与艇体首部13相连，破冰钻头14安装在艇体首部13前端。

在图2中，脐带缆2通过艇体中部1的上部与潜器相连，向潜器传送控制指令，电力和高压气体，艇体中部1内由第一压载水舱11与第二压载水舱8组成，第一压载水舱11与第二压载水舱8由水密横舱壁19分隔开，高压气瓶18安装在第一压载水舱11顶部，高压气瓶18靠近艇尾的一端贯穿水密横舱壁19直接与高压气瓶20相连，高压气瓶20安装在第二压载水舱8顶部，且与脐带缆2相通，高压气道22靠近艇首的一端与高压气瓶20相连，高压气阀21与高压气阀23安装在高压气道22上，透气阀9安装在第二压载水舱8底部靠近水密横舱壁19的壳体上，与外部海水相通，通海阀7安装在第二压载水舱8底部靠近艇尾的壳体上，与外部海水相通，高压气瓶18靠近艇首的一端与安装在第一压载水舱11顶部的高压气管16相连，高压气阀15与高压气阀17分别安装在高压气管16上，透气阀12安装在第一压载水舱11底部靠近艇首的壳体上，与外部海水相通，通海阀10安装在第一压载水舱11底部靠近水密横舱壁19的壳体上，与外部海水相通，当潜体需要上浮破冰时，打开高压气阀15，高压气阀17，高压气阀21和高压气阀23，同时打开通海阀7和通海阀9，依次排出第一压载水舱11与第二压载水舱8中的压载水，潜器整体重力减小且重心移动至艇体尾部压载部分附近，所述潜器在上浮过程中姿态由水平变为艇体首部1在上，艇体尾部2在下的竖直状态。

在图3中，固定螺栓26固连在艇体首部13端部，破冰钻头14尾部连接有法兰盘25，法兰盘25通过固定螺栓26与固定螺母27安装在艇体首部13上，钻头加强肘板24安装在破冰钻头14与法兰盘25之间，对钻头与法兰的连接进行加强。

Claims (3)

1.一种无人冰下破冰潜器，包括由艇体艏部、艇体中部和艇体尾部组成的潜器，艇体尾部设置有推进器、水平舵和垂直舵，其特征在于：所述艇体尾部是设置有压载的艇体压载尾部，所述艇体艏部的前端设置有破冰钻头，所述艇体中部内的中间位置设置有水密横舱壁，所述水密横舱壁将艇体中部内的空间分为第一压载水舱和第二压载水舱，第一压载水舱和第二压载水舱内的顶端分别设置有高压气瓶和高压气管，所述高压气管的一端与高压气瓶连通、另一端是封闭端，第一压载水舱和第二压载水舱内的底端均设置有通海阀和通气阀，每个高压气管上还设置有高压气阀开关，两个高压气瓶之间是连通的，第二压载水舱内的高压气瓶还与外部脐带缆连通。

2.根据权利要求1所述的一种无人冰下破冰潜器，其特征在于：每个高压气管上设置的高压气阀开关的个数为2个。

3.根据权利要求1或2所述的一种无人冰下破冰潜器，其特征在于：所述无人冰下破冰潜器完成冰下破冰的过程包括四个阶段：

第一阶段为调节潜器浮态至航行状态阶段：先打开两个通海阀和两个透气阀，调节两个压载水舱的压载水量实现潜器水平悬浮状态，而后关闭对应的通海阀和透气阀，此时潜器重心移动到与浮心共一竖直轴；

第二阶段为潜器移动阶段：潜器以正常潜器水下航行姿态从冰区水下水平移动到待破冰冰面位置下方，

第三阶段为调节潜器浮态至破冰状态阶段：潜器依次打开第一、第二压载水舱的高压气阀和通海阀，高压气体先后把第一、第二水舱压载内的水排出，潜器重心移动到靠近压载尾部附近，此时重力和浮力竖直方向不同轴，产生一个使潜器首部上浮，尾部下沉的力矩，当潜器变为首部在上尾部在下的竖直状态时，力矩消失；

第四阶段为潜器上浮破冰阶段：潜器所受浮力大于自身重力，潜器上浮，当潜器上浮至破冰钻头接触冰面时，破冰钻头将在冰面接触区域产生巨大压强，使冰面破坏，实现破冰。