CN109850084A - 一种极地自主驾驶三体破冰引航船 - Google Patents

Abstract

本发明公布一种极地自主驾驶三体破冰引航船，包括一个主破冰船体、两个侧破冰船体和连接装置。在工作时，主破冰船体位于两个侧破冰船体中间位置，三个破冰船体通过连接装置实现船体之间的连接。所述连接装置主要是由伸缩支架、位置传感器、电磁铁装置和装置底部的旋转装置组成。旋转装置由旋转电机、带轮、齿轮、滑动轴承和传动轴组成。每个船体头部还安装有超声波测厚仪和阻力仪。每条船只设有无人自主驾驶系统，无人自主驾驶系统与控制系统连接。本发明的组合式无人驾驶核动力极地三体破冰引航船，能够根据冰层厚度，灵活地改变船体之间的相对位置，从而提高破冰效率和冰间航道的尺度。

Description

一种极地自主驾驶三体破冰引航船

技术领域

本发明属于船舶工程技术，具体一种极地自主驾驶三体破冰引航船，尤其涉及组合式自主驾驶核动力极地三体破冰引航船。

背景技术

随着全球气候变暖、北极地区的海冰厚度和覆盖面积不断缩减，大规模开发极地地区矿产资源和利用北极航道逐渐成为现实可能。破冰船作为在极地环境中有着特殊用途的船只，肩负着开航道、极地救援、物资提供等重要任务。因此，破冰船的设计研发正在成为各国，特别是近极地国家的研究重点。

核动力破冰船相对于传统的破冰船，能够提供更为强大的动力。这就意味着破冰船可以破开更厚的冰层，进而能够在极冷和极寒的地方更安全的行驶。同时，核动力作为一种清洁能源，清洁能源的使用可以减少有毒有害气体的排除，对极地环境保护有着十分重要的意义

发明内容

发明目的：为了能够根据不同的冰况，灵活调整结构形式，以开辟大尺度冰间航道，满足大吨位商船在北极地区的通航需求，本发明提出了一种组合式自主驾驶核动力极地三体破冰引航船。

技术方案：本发明提供一种极地自主驾驶三体破冰引航船，包括主破冰船体、第一侧破冰船体和第二侧破冰船体；在每一船体上设置一连接装置，通过该连接装置使主破冰船体、第一侧破冰船体、以及第二侧破冰船体两两相连；其中，所述的连接装置包括一对伸缩支架、传感器、电磁铁装置、外主躯干以及内主躯干；伸缩支架安装在连接装置的外主躯干上，在伸缩支架的末端嵌有传感器，所述的电磁铁装置与伸缩支架末端相连接。

进一步，在所述的主破冰船体、第一侧破冰船体和第二侧破冰船体上分别设有无人自主驾驶系统，包括GPS定位系统、控制系统和传感器；传感器贴在船体的四周，GPS定位系统安装在船体的头部，控制系统根据传感器和GPS定位系统反馈的信息，规划航线。

进一步，所述的控制系统还分别与所述的伸缩支架、电磁铁装置连接。

进一步，在所述的连接装置的底部还安装有一旋转装置，该旋转装置包括旋转电机、第一带轮、第二带轮、齿轮、第一滑动轴承、第二滑动轴承和传动轴；旋转电机固定在船体上，并且与控制系统连接；第一带轮固定在旋转电机的输出轴上；第二带轮固定在传动轴的一端上；传动轴的另一端固定着齿轮，齿轮与连接装置的外主躯干啮合连接，连接装置的外主躯干与内主躯干通过第一滑动轴承连接，在外主躯干下端安装第二滑动轴承。

进一步，所述的伸缩支架的驱动形式为液压式。

进一步，在所述的主破冰船体、第一侧破冰船体和第二侧破冰船体上分别设有阻力仪和超声波测厚仪，分别安装在船体的艏部和头部。

进一步，所述的电磁铁装置的电磁铁形状呈锯齿形。

进一步，在所述的伸缩支架的下端设有加强筋。

进一步，当所述的主破冰船体、第一侧破冰船体和第二侧破冰船体进行组合破冰工作时，三只破冰船体呈“三角形”分布，当三只破冰船体分开时，呈“1”字型分布。

进一步，当所述的主破冰船体、第一侧破冰船体和第二侧破冰船体进行组合破冰工作时，相互连接的两船体之间的连接装置的电磁铁装置的电流方向相反。

有益效果：本发明的组合式自主驾驶核动力极地三体破冰引航船能够快速、高效的开辟大尺度冰间航道。当组合式三体破冰船在低冰级区域作业时，能够快速的连接在一起，呈“三角形”排列，来加快破冰的效率和拓宽冰间航道的尺度。当遇到高冰级或危险冰况时，能够快速拆分，呈“1”字型破冰或者避险。核动力的使用能够让破冰船持续作业，同时减小污染物的排放。

附图说明

图1是本发明极地破冰船工作示意图；

图2是主破冰船体侧视图；

图3是破冰船上旋转装置结构图；

图4是主破冰船体俯视图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

如图1至图4所示，本发明的极地自主驾驶三体破冰引航船，包括主破冰船体1、第一侧破冰船体2、第二侧破冰船体3；在每一船体上设置有一无人自主驾驶系统191和一连接装置16，通过该连接装置16使主破冰船体1、第一侧破冰船体2以及第二侧破冰船体3两两相连；

所述的无人自主驾驶系统191主要包括GPS定位系统、控制系统19和传感器192。传感器192贴在主破冰船体1四周，用来探测周围的环境。以便控制系统19做出应对。GPS定位系统安装在主破冰船体1的头部，用来显示和校对主破冰船体1的位置。控制系统19根据传感器192和GPS定位系统反馈的信息，规划出合适的航线。

因两个侧破冰船体和主破冰船体在形状结构和内部设备完全相同，故本实施例以主破冰船1为主进行说明，对第一侧破冰船体2和第二侧破冰船体3相同部分不再进行赘述。

所述的连接装置16通过螺栓安装在主破冰船体1的中轴线上，连接装置16包括一对伸缩支架13、传感器14、电磁铁装置15；伸缩支架13通过螺栓安装在连接装置的外主躯干126上，并且与控制系统19相连。伸缩支架13的驱动形式是液压式，伸缩支架13上部与绳索131相连，防止伸缩支架13因重力而倾斜。伸缩支架13下端设有加强筋，加强伸缩支架13支撑能力。在伸缩支架13的末端位置嵌有传感器14，电磁铁装置15通过紧固螺栓与伸缩支架13的末端位置相连接且还与控制系统19相连接，当主破冰船体1、第一侧破冰船体2、第二侧破冰船体3三只船体组合时，控制系统19控制伸缩支架13伸长，当位置传感器14感应到伸缩支架13到达指定的位置时。控制系统19控制电磁铁开始通电，相互连接船体之间的连接装置的电磁铁装置的电流方向相反，来实现两块电磁铁之间的相互吸引，从而实现相邻两个船体之间的连接。为了让船只连接的更加牢固，防止船只发生滑移，电磁铁装置15的形状为锯齿形，相互连接的电磁铁装置之间的锯齿形互相错位来实现两个锯齿之间的啮合。

在所述的连接装置16的底部还安装有一旋转装置12，所述的旋转装置包括旋转电机121、第一带轮122、第二带轮124、齿轮125、第一滑动轴承127、第二滑动轴承128和传动轴123。旋转电机121通过螺栓固定在船体上，并且与控制系统19连接。第一带轮122通过键和透盖固定在旋转电机121的输出轴上，第二带轮124通过轴阶、键、和透盖固定在传动轴123上。传动轴123的另一端用相同的方式固定着齿轮125，齿轮125与外主躯干126啮合在一起。连接装置的主躯干有两层，内外层之间用第一滑动轴承127连接。外主躯干126下端安装第二滑动轴承128，外主躯干126在旋转电机121的作用下，外主躯干126实现旋转，从而带动伸缩支架13旋转。旋转电机121既能正转，也能反转，旋转角度60°左右。

在主破冰船体1上还安装有阻力仪18和超声波测厚仪11，分别安装在主破冰船体1的艏部和头部，用来感应和检测冰层的厚度和船只行驶时所遇到的阻力大小。根据传感器的数据，控制系统19通过连接装置13调节船只之间的距离。

本发明实现了无人自动驾驶，组合破冰，拆分避险。在冰层较薄的区域航行时，控制系统19发出指令，主破冰船体1、第一侧破冰船体2、第二侧破冰船体3三只船体开始组合，呈“三角形”分布。GPS定位系统发现主破冰船体1、第一侧破冰船体2、第二侧破冰船体3到达指定位置时，每一船体的连接装置的伸缩支架开始伸长。位置传感器感应支架末端的电磁铁装到达指定位置时，电磁铁装置开始充电。实现船体之间的连接。当超声波测厚仪和阻力仪发现冰层太厚或者船只遇到的阻力太大时，在控制系统的操作下，三只组合的破冰船体开始拆分成独立的个体，并呈“1”字型分布，连接装置的两只伸缩支架收缩并旋转合并。开始破冰或者避险。

Claims (10)

1.一种极地自主驾驶三体破冰引航船，其特征在于：包括主破冰船体、第一侧破冰船体和第二侧破冰船体；在每一船体上设置一连接装置，通过该连接装置使主破冰船体、第一侧破冰船体、以及第二侧破冰船体两两相连；其中，所述的连接装置包括一对伸缩支架、传感器、电磁铁装置、外主躯干以及内主躯干；伸缩支架安装在连接装置的外主躯干上，在伸缩支架的末端嵌有传感器，所述的电磁铁装置与伸缩支架末端相连接。

2.根据权利要求1所述的极地自主驾驶三体破冰引航船，其特征在于：在所述的主破冰船体、第一侧破冰船体和第二侧破冰船体上分别设有无人自主驾驶系统，包括GPS定位系统、控制系统和传感器；传感器贴在船体的四周，GPS定位系统安装在船体的头部，控制系统根据传感器和GPS定位系统反馈的信息，规划航线。

3.根据权利要求2所述的极地自主驾驶三体破冰引航船，其特征在于：所述的控制系统还分别与伸缩支架、电磁铁装置连接。

4.根据权利要求1所述的极地自主驾驶三体破冰引航船，其特征在于：在所述的连接装置的底部还安装有一旋转装置，该旋转装置包括旋转电机、第一带轮、第二带轮、齿轮、第一滑动轴承、第二滑动轴承和传动轴；旋转电机固定在船体上，并且与控制系统连接；第一带轮固定在旋转电机的输出轴上；第二带轮固定在传动轴的一端上；传动轴的另一端固定着齿轮，齿轮与连接装置的外主躯干啮合连接，连接装置的外主躯干与内主躯干通过第一滑动轴承连接，在外主躯干下端安装第二滑动轴承。

5.根据权利要求1所述的极地自主驾驶三体破冰引航船，其特征在于：所述的伸缩支架的驱动形式为液压式。

6.根据权利要求1所述的极地自主驾驶三体破冰引航船，其特征在于：在所述的主破冰船体、第一侧破冰船体和第二侧破冰船体上分别设有阻力仪和超声波测厚仪，分别安装在船体的艏部和头部。

7.根据权利要求1-6任一所述的极地自主驾驶三体破冰引航船，其特征在于：所述的电磁铁装置的电磁铁形状呈锯齿形。

8.根据权利要求1-6任一所述的极地自主驾驶三体破冰引航船，其特征在于：在所述的伸缩支架的下端设有加强筋。

9.根据权利要求1所述的极地自主驾驶三体破冰引航船，其特征在在于：当所述的主破冰船体、第一侧破冰船体和第二侧破冰船体进行组合破冰工作时，三只破冰船体呈“三角形”分布，当三只破冰船体分开时，呈“1”字型分布。

10.根据权利要求1所述的极地自主驾驶三体破冰引航船，其特征在在于：当所述的主破冰船体、第一侧破冰船体和第二侧破冰船体进行组合破冰工作时，相互连接的两船体之间的连接装置的电磁铁装置的电流方向相反。