CN111361718A - 一种辅助潜艇破冰出水的空化共振装置及其破冰方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辅助潜艇破冰出水的空化共振装置及其破冰方法，该装置包括安装平台，空化机构，共振机构。安装平台将整个装置集成在壳体中，便于在潜艇上安装，并且设有升降滑台，用于安装并升降共振机构，气瓶支架用于固定空化机构；空化机构用于向冰层底部排气，使冰层底部形成局部空化区，冰层不再受水的浮力支撑，其所受重力也就转变为破冰的载荷，其中空气压缩机用于在潜艇浮出水面时收集空气，并存储在气瓶组；共振机构用于振动冰层，根据需求调整振动频率，以达到共振破冰的目的。本发明还提供一种空化和共振协同破冰方法，利用空气架空冰层，使冰层的自重转变成破冰的载荷，利用共振达到破冰效率的最大化，用最小的能量产生最大的破冰效果。

Description

一种辅助潜艇破冰出水的空化共振装置及其破冰方法

技术领域

本发明设计涉及极区潜艇破冰出水领域，具体涉及一种辅助潜艇破冰出水的空化共振装置及其破冰方法。

背景技术

北冰洋海域冬季约有73％的海面被平均厚度为3米的冰层覆盖，夏季冰层覆盖面积也可达57％。但环境恶劣的北冰洋却具有非常重要的战略位置，作为亚欧北美三大洲的顶点，它拥有联系三大洲的最短航线。在此背景下，各国对极地探索的关注度不断加强。与此同时，极地也成为了各国争夺的重要战略要地。极地地区的冰层为潜艇在极地的活动提供了特殊的隐蔽条件，但同时冰层的存在也阻碍了潜艇在极地的作战任务。潜艇如何能安全快速的破开极地冰层浮出水面，成为它在极地顺利完成打击和防卫作战任务的关键，因此潜艇破冰问题的研究显得至关重要。目前针对潜艇破冰机理的研究仍处于起步阶段，多采用潜艇上浮与冰层直接挤压的方式破冰。该种破冰方式对潜艇结构强度要求大，甚至在一些极端条件下会直接导致潜艇局部结构的破坏。

基于上述背景，迫切需要一种辅助潜艇破冰出水的装置及新的破冰方法，以实现极区潜艇的安全高效破冰出水作业。

发明内容

发明目的：针对上述现有破冰方式对潜艇结构强度要求大，破冰能力有限的问题，本发明旨在提供一种辅助潜艇破冰出水的空化共振装置。

技术方案：一种所述辅助潜艇破冰出水的空化共振装置，包括安装平台、空化机构、共振机构；所述安装平台通过升降电机驱使升降滑台，带动共振机构上下移动，并通过气瓶支架固定空化机构；所述空化机构由电机通过传动机构驱动空气压缩机，压缩空气到气瓶组，破冰时电动气阀开启，通过排气管向冰层底部排气；所述共振机构安装在升降滑台的滑块上，由控制器控制电磁激振器的振动频率，通过锤头振动冰层。其中：

所述安装平台包括安装壳体、气瓶支架、升降电机、升降滑台、升降滑台底座、丝杆固定件、联轴器、丝杆、导轨、滑块；安装平台的主体为封闭的安装壳体，将整个装置集成在其中，所述安装壳体在内部焊接有气瓶支架；所述升降滑台通过升降滑台底座固定在安装平台上，升降电机通过联轴器驱动丝杆实现滑块的升降，丝杆通过丝杆固定件安装在升降滑台底座上，滑块通过导轨安装在升降滑台底座上；所述空化机构安装在安装壳体上，并通过气瓶支架固定，排气管则穿过安装壳体与外部相通；所述共振机构安装在升降滑台的滑块上，锤头伸出安装壳体外。

所述空化机构包括电机、空气压缩机、传动机构、气瓶组、电动气阀、排气管、进气管、支架、皮带，所述电机和空气压缩机通过支架固定在气瓶组上，所述传动机构通过皮带连接电机和空气压缩机，用于压缩空气，所得压缩空气通过进气管存储在气瓶组中，电动气阀安装在气瓶组上，其出口安装排气管。

所述共振机构包括锤头、电磁激振器、控制器，所述电磁激振器安装在升降滑台的滑块上，所述控制器安装在电磁激振器上，所述锤头通过螺纹连接电磁激振器。

进一步的，所述安装平台为集成平台，将整个装置集成在安装壳体中，便于维护使用，可以实现整体移动，所述安装壳体为椭圆柱体，便于在潜艇上安装。

所述空化机构利用空气压缩机收集压缩空气，利用气瓶组存储压缩空气；所述气瓶组的容量根据需要可以调整；所述空化机构在潜艇浮出水面时存储空气，破冰时排出空气，此种方式可以循环使用，续航力强，排气量大。

所述共振机构由电磁激振器作为动力来源，结构紧凑，可靠性高；所述控制器控制电磁激振器的振动频率，适应不同冰层厚度的共振要求。

所述升降滑台通过升降电机驱动丝杆，带动共振机构升降，破冰时升起，航行时收回，减小装置对航行的影响，通过对升降高度调整，也可以使锤头与凹凸不平的冰层底部紧密贴合。

所述空化机构采用结构力学原理破冰，通过排气管向冰层底部排气，使冰层底部形成局部空化区，不再受水的浮力从而架空冰层，将冰层的自重转变为破冰的载荷。

基于上述空化共振装置的一种空化和共振协同破冰方法，所述方法首先通过压缩空气后将空气进行存储，破冰时通过在冰层底部释放经压缩的空气，是冰层底部形成局部空化区，通过控制压缩空气的排放量来控制空化区域的大小。

进一步的，破冰前，通过空化共振装置的空气压缩机收集空气进行压缩，并将经压缩的空气存储到气瓶组；破冰时，通过电动气阀控制排气管将气瓶组中存储的压缩空气排放到冰层底部，冰层底部形成局部空化区，通过控制压缩空气的排放量控制空化区域的大小，使得冰层和水分离之后因自身重力实现破碎。

有益效果：与现有潜艇挤压式破冰方法相比，本发明所提供的辅助潜艇破冰出水的空化共振装置，核心思路采用空化和共振方法，能够将冰层自重转变为破冰载荷，大大加强破冰力度，共振方法振动冰层，将有限的能量发挥最大破冰效果。与已知的破冰方法相比，引入冰层自身重力载荷的同时，利用共振聚能原理，大大提高了破冰效果。

附图说明

图1为本发明所述装置结构示意图；

图2为本发明所述装置结构的爆炸示意图；

图3为本发明所述安装平台结构示意图；

图4为本发明所述空化机构结构示意图；

图5为本发明所述共振机构结构示意图；

图6为本发明所述空化机构分解图；

图7为本发明所述升降滑台分解图；

图8为本发明工作流程图。

具体实施方式

为了详细的说明本发明所公开的技术方案，下面结合说明书附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明所提供的是一种辅助潜艇破冰出水的空化共振装置，可用于辅助潜艇破冰出水作业，该装置的结构如图1-图2所示。

一种辅助潜艇破冰出水的空化共振装置主要包括安装平台1，空化机构2，共振机构3。安装平台1将空化机构2和共振机构3集成在封闭壳体中，以实现更好的防水，共振机构3可以上下移动，空化机构的排气管穿过安装壳体与外部联通。

如图3和图7所示的是安装平台1的结构，安装平台1包括安装壳体11、气瓶支架12、升降电机13、升降滑台14、升降滑台底座141、丝杆固定件142、联轴器143、丝杆144、导轨145、滑块146；安装平台1的主体为封闭的安装壳体11，安装壳体11在内部焊接有气瓶支架12；升降滑台14通过升降滑台底座141固定在安装平台1上，升降电机13通过联轴器143驱动丝杆144实现滑块146的升降，丝杆144通过丝杆固定件142安装在升降滑台底座141上，滑块146通过导轨安装在升降滑台底座141上。

如图4和图6所示的空化机构2，包括电机21、空气压缩机22、传动机构23、气瓶组24、电动气阀25、排气管26、进气管27、支架28、皮带29，电机21和空气压缩机22通过支架28固定在气瓶组24上，传动机构23通过皮带29连接电机21和空气压缩机22，用于压缩空气，所得压缩空气通过进气管27存储在气瓶组24中，电动气阀25安装在气瓶组24上，其出口安装有排气管26。

如图5所示的共振机构3，包括锤头31、电磁激振器32、控制器33，电磁激振器32与锤头31通过螺纹连接，控制器33通过螺丝安装在电磁激振器32上。

如图8所示的是辅助潜艇破冰出水的空化共振装置工作流程，根据实际需求，本发明所提供的空化共振装置可沿潜艇纵向布置一组或多组，首先，当潜艇浮出水面时，开展集气工作，下达集气指令，空化机构2运行，电机21启动，电机21通过皮带29带动空气压缩机22压缩空气，压缩空气通过进气管27储存到气瓶组24中，气瓶组24达到指定压力，电机21停止运行，集气结束，至此，装置准备工作完成。然后，当潜艇破冰时，潜艇上浮至冰层底部，下达破冰指令，共振机构3运行，升降电机13启动，升降电机13驱动升降滑台14提升，当锤头31与冰层底部接触时，升降电机13进入待机状态，保持锤头31与冰层贴紧，同时，电动气阀25开启，排气管26开始向冰层底部排气，冰层底部形成空化区域并逐渐增大，当空化区域达到要求时，电动气阀25关闭，停止排气，随后，开始共振作业，电磁激振器32启动，带动锤头31振动冰层，同时控制器33调节振动频率，直至与冰层共振，冰层碎裂，装置停止运行并复位，破冰结束。

基于本发明所破冰前，通过空化共振装置的空气压缩机22收集空气进行压缩，并将经压缩的空气存储到气瓶组24；破冰时，通过电动气阀25控制排气管26将气瓶组24中存储的压缩空气排放到冰层底部，冰层底部形成局部空化区，通过控制压缩空气的排放量控制空化区域的大小，使得冰层和水分离之后因自身重力实现破碎。

Claims (10)

1.一种辅助潜艇破冰出水的空化共振装置，其特征在于：包括安装平台(1)、空化机构(2)、共振机构(3)；所述安装平台(1)内设有升降电机(13)驱动升降滑台(14)移动，且带动共振机构(3)上下移动，通过气瓶支架(12)固定空化机构(2)；所述空化机构(2)由电机(21)和传动机构(23)控制空气压缩机(22)压缩空气，压缩空气通过进气管(27)储存到气瓶组(24)，破冰时电动气阀(25)开启，通过排气管(26)向冰层底部排气；所述共振机构(3)安装在升降滑台(14)的滑块(146)上，破冰时，升降滑台(14)带动共振机构(3)提升，直至锤头(31)与冰层底部紧密接触，电磁激振器(32)带动锤头(31)振动冰层，控制器(33)控制电磁激振器(32)的振动频率，锤头(31)一端与电磁激振器(32)相连，一端伸出安装壳体(11)外。

2.根据权利要求1所述的辅助潜艇破冰出水的空化共振装置，其特征在于：所述安装平台(1)包括安装壳体(11)、气瓶支架(12)、升降电机(13)、升降滑台(14)、升降滑台底座(141)、丝杆固定件(142)、联轴器(143)、丝杆(144)、导轨(145)、滑块(146)；安装平台(1)的主体为封闭的安装壳体(11)，所述安装壳体(11)在内部焊接有气瓶支架(12)；所述升降滑台(14)通过升降滑台底座(141)固定在安装平台(1)上，升降电机(13)通过联轴器(143)驱动丝杆(144)实现滑块(146)的升降，丝杆(144)通过丝杆固定件(142)安装在升降滑台底座(141)上，滑块(146)通过导轨安装在升降滑台底座(141)上；所述空化机构(2)安装在安装壳体(11)上，并通过气瓶支架(12)固定，排气管(26)穿过安装壳体(11)与外部相通；所述共振机构(3)安装在升降滑台(14)的滑块(146)上，锤头(31)伸出安装壳体(11)外。

3.根据权利要求1所述的辅助潜艇破冰出水的空化共振装置，其特征在于：所述空化机构(2)包括电机(21)、空气压缩机(22)、传动机构(23)、气瓶组(24)、电动气阀(25)、排气管(26)、进气管(27)、支架(28)、皮带(29)，所述电机(21)和空气压缩机(22)通过支架(28)固定在气瓶组(24)上，所述传动机构(23)通过皮带(29)连接电机(21)和空气压缩机(22)，用于压缩空气，经压缩的空气通过进气管(27)存储在气瓶组(24)中，电动气阀(25)安装在气瓶组(24)上，其出口安装排气管(26)。

4.根据权利要求1所述的辅助潜艇破冰出水的空化共振装置，其特征在于：所述共振机构(3)包括锤头(31)、电磁激振器(32)、控制器(33)，所述电磁激振器(32)安装在升降滑台(14)的滑块(146)上，所述控制器(33)安装在电磁激振器(32)上，所述锤头(31)通过螺纹连接电磁激振器(32)。

5.根据权利要求2所述的辅助潜艇破冰出水的空化共振装置，其特征在于：所述安装平台(1)为防水密封结构，包括壳体密封和各部件的防水密封结构。

6.根据权利要求3所述的辅助潜艇破冰出水的空化共振装置，其特征在于：所述空化机构(2)通过空气压缩机(22)压缩空气，气瓶组(24)存储压缩空气。

7.根据权利要求4所述的辅助潜艇破冰出水的空化共振装置，其特征在于：所述共振机构(3)由电磁激振器(32)提供动力来源，通过控制器(33)控制电磁激振器(32)的振动频率。

8.根据权利要求2所述的辅助潜艇破冰出水的空化共振装置，其特征在于：所述升降滑台(14)通过升降电机(13)驱动丝杆(144)，带动共振机构(3)升降，所述升降电机(13)为可编程直流伺服电机。

9.实施如权利要求1所述的空化共振装置的一种空化和共振协同破冰方法，其特征在于：所述方法首先通过压缩空气后将空气进行存储，破冰时通过在冰层底部释放经压缩的空气，使冰层底部形成局部空化区，通过控制压缩空气的排放量来控制空化区域的大小。

10.根据权利要求9所述的空化和共振协同破冰方法，其特征在于：破冰前，通过空化共振装置的空气压缩机(22)收集空气进行压缩，并将经压缩的空气存储到气瓶组(24)；破冰时，通过电动气阀(25)控制排气管(26)将气瓶组(24)中存储的压缩空气排放到冰层底部，冰层底部形成局部空化区，通过控制压缩空气的排放量控制空化区域的大小，使得冰层和水分离之后因自身重力实现破碎。

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