CN113501093A - 一种无人气弹破冰潜器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于船舶破冰技术领域，具体涉及一种无人气弹破冰潜器。本发明将无人潜器与气弹发射装置结合在一起，可以在冰下航行至任意目标冰层下方发射高压气弹，通过气弹爆炸进行高效破冰。本发明中艇身设置的可调节阻力翼可在潜器发射高压气弹和受到爆炸冲击时提供较大阻尼，提高潜器在发射高压气弹和爆炸之后姿态的稳定性。本发明利用高压气弹爆炸破冰，破冰能力较强、效率较高，但相较于传统的炸弹破冰装置对海洋污染更小、更加环保；同时本发明还具有结构简单、控制方便、整体尺寸小的特点，可作为极地低冰级船舶随船携带的辅助破冰装备。

Description

一种无人气弹破冰潜器
技术领域
本发明属于船舶破冰技术领域，具体涉及一种无人气弹破冰潜器。
背景技术
随着极地航行和极地资源开发活动的日益频繁，冰区破冰航行问题日益成为船舶领域的研究热点。常规的船舶破冰方式主要包括连续式破冰、冲击式破冰以及将破冰船艏部冲上冰层，通过向艏部抽入压载水的重力式破冰，这些破冰方式主要应用于具有坚固船体结构和强大动力的破冰船，并不适用于普通船舶。非常规的破冰方法有机械破冰法、震动破冰法、炸弹破冰法及气垫破冰法等，但往往都存在结构复杂、破冰效率低、危险系数大的问题。尚未见到通过在无人潜器中搭载高压气弹发射装置，在冰下进行气弹破冰的破冰装备。
发明内容
本发明的目的在于提供可实现从冰面下发射高压气弹破冰的一种无人气弹破冰潜器。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：所述的艇体包括艏部围壳1、艇体中部4和艇体艉部19，艇体通过脐带缆17与母船连接，由母船传送控制指令、电力和高压气体；所述的艏部围壳1前端设有气弹发射口34；所述的艇体艉部19安装有螺旋桨20；所述的艇体中部4内设有高压储气室3、艏部水密舱壁5和艉部水密舱壁16；所述的高压储气室3和艏部水密舱壁5设置在艇体中部4的前端，且高压储气室3位于艏部水密舱壁5前方；所述的艉部水密舱壁16设置在艇体中部4的后端，在艏部水密舱壁5与艉部水密舱壁16之间设有螺纹梁13和高压气瓶22；所述的螺纹梁13前端安装在艏部水密舱壁5的后端面中部，螺纹梁13后端与驱动电机14连接，在螺纹梁13上设有阻力翼控制滑块12；所述的驱动电机14通过螺纹梁基座15安装在艉部水密舱壁16的前端面中部；所述的高压气瓶22的输入端与脐带缆17连接，高压气瓶22的输出端通过气管23穿过艏部水密舱壁5并与高压储气室3的输入端连接；所述的高压储气室3的输出端通过高压气管33与气弹发射口34连接，在高压储气室3的输入端和输出端均设有气阀；所述的可调节阻力翼沿艇体周向分布在艇体中部4外侧，在艇体中部4表面开设有与可调节阻力翼数量一致的阻力翼收放口，可调节阻力翼通过伸缩杆与阻力翼控制滑块12连接。
本发明还可以包括：
所述的阻力翼收放口的尺寸与可调节阻力翼一致；所述的伸缩杆上端与可调节阻力翼中部铰接，伸缩杆的下端通过铰接基座与阻力翼控制滑块12连接；所述的螺纹梁13通过驱动电机14旋转来控制阻力翼控制滑块12的移动，阻力翼控制滑块12在移动过程中通过伸缩杆带动可调节阻力翼开合；当阻力翼控制滑块12位于起点时，可调节阻力翼为回收状态且可恰好贴合在艇体表面。
所述的高压气瓶22、气管23、高压储气室3输入端气阀30均贴合在艇体中部4内侧壁面上；所述的高压储气室3输出端气阀32位于高压储气室3前端面中央。
所述的高压储气室3的前端面与艏部围壳1之间设有艏部水密舱室2，高压储气室3的后端面与艏部水密舱壁5之间设有艏部压载水舱31；所述的艉部水密舱壁16与艇体艉部19之间设有艉部压载水舱18。
本发明的有益效果在于：
本发明将无人潜器与气弹发射装置结合在一起，可以在冰下航行至任意目标冰层下方发射高压气弹，通过气弹爆炸进行高效破冰。本发明中艇身设置的可调节阻力翼可在潜器发射高压气弹和受到爆炸冲击时提供较大阻尼，提高潜器在发射高压气弹和爆炸之后姿态的稳定性。本发明利用高压气弹爆炸破冰，破冰能力较强、效率较高，但相较于传统的炸弹破冰装置对海洋污染更小、更加环保；同时本发明还具有结构简单、控制方便、整体尺寸小的特点，可作为极地低冰级船舶随船携带的辅助破冰装备。
附图说明
图1是本发明的结构原理图。
图2是本发明的整体侧视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明涉及一种无人气弹破冰潜器，属于破冰技术领域。本发明的提供了一种专门从冰面下发射高压气弹破冰的无人冰下破冰潜器，具有结构简单，控制方便，破冰能力强的特点。
本发明的目的是这样实现的：包括艇体艏部、艇体中部4和艇体艉部19组成的潜器，所述艇体艏部外部为艇体艏部围壳1，所述艇体艏部围壳内部设置艏部水密舱室2，所述艏部水密舱室后方设置高压储气室3，所述高压储气室后方上部连接高压气阀一30，所述艇体中部的前端设置水密舱壁一5，后端设置水密横舱壁二16，所述高压储气室与水密横舱壁之间设置艏部压载水舱31，所述水密舱壁一的中间位置设置有螺纹梁13，所述螺纹梁后端连接驱动电机14，所述驱动电机固定在螺纹梁基座15上，所述螺纹梁基座固定在所述水密横舱壁二的中部，所述螺纹梁上设置有阻力翼控制滑块12，所述阻力翼控制滑块上设置有铰接基座，所述阻力翼控制滑块通过铰接基座与伸缩杆铰接，所述伸缩杆末端与可调节阻力翼中部铰接，所述螺纹梁通过驱动电机旋转来控制阻力翼控制滑块的移动，所述阻力翼控制滑块在移动过程中通过伸缩杆驱动可调节阻力翼开合运动，所述水密横舱壁二上方设置有高压气瓶22，所述高压气瓶与脐带缆17相连，所述高压气瓶前方连接气管23，气管末端连接所述高压气阀一30，所述高压气阀一能控制高压气体进入高压储气室，所述高压储气室前方设置高压气阀二32，所述高压气阀二前方连接高压气管33，所述高压气管贯穿艏部围壳头部，末端连接气弹发射口34，所述高压气阀二控制气体从储气室排出，所述艇体艉部包括艉部压载水舱、艇体艉部、螺旋桨旋转轴21和螺旋桨20，所述艇体艉部设置在所述艇体中部后方，所述艇体艉部与水密横舱壁二之间设置艉部压载水舱18，所述艇体艉部内部设置较大压载，保证潜器在排空压载水状态下艇体重心靠近艇体艉部，所述艇体艉部后方设置螺旋桨旋转轴，螺旋桨旋转轴尾部安装有螺旋桨。
潜器四周均匀设置有四个可调节阻力翼，阻力翼控制滑块对应位置设置有四个螺纹梁基座，阻力翼与螺纹梁基座之间通过伸缩杆连接；
高压气阀二开合速度极快，高压气弹能瞬间从气弹发射口释放。
无人气弹破冰潜器完成冰下破冰的过程包括五个阶段：
第一阶段为潜器准备阶段：将潜器放入冰区水中，调整潜器浮态使潜器能在水中实现水平航行，控制潜器移动到待破冰冰面位置下方，移动过程中通过控制高压气阀一对高压储气室进行充压，待压力达到一定压力时关闭高压气阀一；
第二阶段为展开可调节阻力翼阶段：在潜器航行至目标位置后，通过控制驱动电机来控制阻力翼控制滑块向前移动，进而驱动可调节阻力翼张开至指定角度；
第三阶段为调节潜器浮态至破冰状态阶段：艏部压载水舱和艉部压载水舱依次排出压载水，调节潜器浮态至艏部在上艉部在下状态；
第四阶段为气弹破冰阶段：打开高压气阀二，将高压气弹从气弹发射口瞬间释放，高压气弹释放后在冰下形成爆炸冲击波，将冰层破坏；
第五阶段为破冰后续阶段：待潜器姿态稳定后通过控制驱动电机来控制阻力翼控制滑块向后移动，进而驱动阻力翼收回，而后关闭高压气阀二，打开高压气阀一，准备下一次破冰。
本发明开发了一种将无人潜器与气弹发射装置结合的无人气弹破冰潜器，可以在冰下航行至任意目标冰层下方发射高压气弹，通过气弹爆炸进行高效破冰。潜器艇身设置的可调节阻力翼可在潜器发射高压气弹和受到爆炸冲击时提供较大阻尼，提高潜器在发射高压气弹和爆炸之后姿态的稳定性；本发明装置利用高压气弹爆炸破冰，破冰能力较强、效率较高，但相较于传统的炸弹破冰装置对海洋污染更小、更加环保；同时本发明还具有结构简单、控制方便、整体尺寸小的特点，可作为极地低冰级船舶随船携带的辅助破冰装备。
在图1中，艇体艏部围壳1与艇体中部4相连，艏部围壳1内部设置有艏部水密舱室2，艏部水密舱室2后方设置有储气室3，储气室3后方设置有艏部压载水舱31，艏部压载水舱31设置在艇体中部4的前端，艏部压载水舱31后方设置有水密舱壁一5，螺纹梁13设置在艇体中部4的中间位置，螺纹梁13前端设置在水密舱壁一5的中部，螺纹梁13后端连接驱动电机14，驱动电机14固定在螺纹梁基座15上，螺纹梁基座15设置在水密舱壁二16的中部，所述水密舱壁二16设置在艇体中部4的后端，阻力翼控制滑块12设置在螺纹梁13上，艇体中部4中部四周开孔，可调节阻力翼一7通过销钉一6与艇体中部4铰接，伸缩杆一9通过销钉三8与可调节阻力翼一7中部铰接，伸缩杆一9通过旋转轴一11与铰接基座一10铰接，所述铰接基座一10固定在阻力翼控制滑块12上，可调节阻力翼二28通过销钉二29与艇体中部4铰接，伸缩杆二26通过销钉四27与可调节阻力翼二28铰接，伸缩杆二26通过旋转轴二25与铰接基座二24铰接，所述铰接基座二24固定在阻力翼控制台12上，艉部压载水舱18设置在水密舱壁二16的后方，艇体艉部19设置在艇体中部4的后端，所述艇体艉部19内部设置较大压载，保证潜器在排空压载水状态下艇体重心靠近艇体艉部19，所述艇体艉部19尾部设置螺旋桨旋转轴21，螺旋桨20固定在所述螺旋桨旋转轴21上，脐带缆17通过艇体中部4的上部与潜器相连，向潜器传送控制指令、电力和高压气体，高压气瓶22安装在水密舱壁二16上方，所述脐带缆17与高压气瓶22相连，所述高压气瓶22前端设置有气管23，气管23穿过水密舱壁一5与高压气阀一30相联，高压气阀一30固定在艏部压载水舱31的上方，所述高压气阀一30前端与高压储气室3连通，高压气阀二32设置在高压储气室3前端中部，所述高压气阀二32与高压储气室3连通，所述高压气阀二32前端连接高压气管33，高压气管33贯穿艏部围壳1头部，所述高压气管33前端设置气弹发射口34。
在图2中，艇体艏部围壳1与艇体中部4相连，所述艇体艏部围壳1前部设置有气弹发射口34，所述艇体中部4中部四周开孔，可调节阻力翼一7通过销钉一6与艇体中部4铰接，所述可调节阻力翼一7中部与伸缩杆一9铰接，可调节阻力翼二28通过销钉二29与艇体中部4铰接，所述可调节阻力翼二28中部与伸缩杆二26铰接，可调节阻力翼三35通过销钉五36与艇体中部4铰接，艇体艉部19设置在艇体中部4的后端，艇体艉部19尾部设置螺旋桨旋转轴21，螺旋桨20固定在所述螺旋桨旋转轴21上，脐带缆17通过艇体中部4的上部与潜器相连，向潜器传送控制指令、电力和高压气体。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种无人气弹破冰潜器，其特征在于：包括艇体和可调节阻力翼；所述的艇体包括艏部围壳(1)、艇体中部(4)和艇体艉部(19)，艇体通过脐带缆(17)与母船连接，由母船传送控制指令、电力和高压气体；所述的艏部围壳(1)前端设有气弹发射口(34)；所述的艇体艉部(19)安装有螺旋桨(20)；所述的艇体中部(4)内设有高压储气室(3)、艏部水密舱壁(5)和艉部水密舱壁(16)；所述的高压储气室(3)和艏部水密舱壁(5)设置在艇体中部(4)的前端，且高压储气室(3)位于艏部水密舱壁(5)前方；所述的艉部水密舱壁(16)设置在艇体中部(4)的后端，在艏部水密舱壁(5)与艉部水密舱壁(16)之间设有螺纹梁(13)和高压气瓶(22)；所述的螺纹梁(13)前端安装在艏部水密舱壁(5)的后端面中部，螺纹梁(13)后端与驱动电机(14)连接，在螺纹梁(13)上设有阻力翼控制滑块(12)；所述的驱动电机(14)通过螺纹梁基座(15)安装在艉部水密舱壁(16)的前端面中部；所述的高压气瓶(22)的输入端与脐带缆(17)连接，高压气瓶(22)的输出端通过气管(23)穿过艏部水密舱壁(5)并与高压储气室(3)的输入端连接；所述的高压储气室(3)的输出端通过高压气管(33)与气弹发射口(34)连接，在高压储气室(3)的输入端和输出端均设有气阀；所述的可调节阻力翼沿艇体周向分布在艇体中部(4)外侧，在艇体中部(4)表面开设有与可调节阻力翼数量一致的阻力翼收放口，可调节阻力翼通过伸缩杆与阻力翼控制滑块(12)连接。
2.根据权利要求1所述的一种无人气弹破冰潜器，其特征在于：所述的阻力翼收放口的尺寸与可调节阻力翼一致；所述的伸缩杆上端与可调节阻力翼中部铰接，伸缩杆的下端通过铰接基座与阻力翼控制滑块(12)连接；所述的螺纹梁(13)通过驱动电机(14)旋转来控制阻力翼控制滑块(12)的移动，阻力翼控制滑块(12)在移动过程中通过伸缩杆带动可调节阻力翼开合；当阻力翼控制滑块(12)位于起点时，可调节阻力翼为回收状态且可恰好贴合在艇体表面。
3.根据权利要求1或2所述的一种无人气弹破冰潜器，其特征在于：所述的高压气瓶(22)、气管(23)、高压储气室(3)输入端气阀(30)均贴合在艇体中部(4)内侧壁面上；所述的高压储气室(3)输出端气阀(32)位于高压储气室(3)前端面中央。
4.根据权利要求1或2所述的一种无人气弹破冰潜器，其特征在于：所述的高压储气室(3)的前端面与艏部围壳(1)之间设有艏部水密舱室(2)，高压储气室(3)的后端面与艏部水密舱壁(5)之间设有艏部压载水舱(31)；所述的艉部水密舱壁(16)与艇体艉部(19)之间设有艉部压载水舱(18)。
5.根据权利要求3所述的一种无人气弹破冰潜器，其特征在于：所述的高压储气室(3)的前端面与艏部围壳(1)之间设有艏部水密舱室(2)，高压储气室(3)的后端面与艏部水密舱壁(5)之间设有艏部压载水舱(31)；所述的艉部水密舱壁(16)与艇体艉部(19)之间设有艉部压载水舱(18)。
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