萬玉春 張洪燕 彭千燁 吳芮 黎武鑫

摘 要：本作品設(shè)計(jì)出了一種履帶式冰區(qū)海域兩棲科考艇，它能夠輕松實(shí)現(xiàn)水、冰區(qū)域的航行轉(zhuǎn)換模式，具有一定的自主破冰功能。在水中以螺旋槳和履帶雙重推進(jìn)模式航行，在到達(dá)冰面以后采用履帶在冰面行駛，破冰船首設(shè)置為錐形船首，并在船首上方設(shè)置傾斜的破冰刃，更有利于薄冰層的破碎。

關(guān)鍵詞：極地科考艇;破冰;兩棲船舶

0 引言

北極航道縮短我國與西歐、我國與北美洲東海岸的距離，北極黃金水道全部開通將為我國降低533億～1 274億美元的國際貿(mào)易海運(yùn)成本，降低途經(jīng)馬六甲海峽、蘇伊士運(yùn)河和索馬里海域等高敏感區(qū)的政治風(fēng)險(xiǎn)。北極蘊(yùn)藏豐富的油氣、礦產(chǎn)、漁業(yè)、旅游等資源，北極將成為新的海外資源能源重要采購地，為我國高速經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供清潔能源、戰(zhàn)略金屬資源、優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)的有效供給。

我國開展北極科考、資源開發(fā)等極地活動均離不開極地科考艇，此外我國極地權(quán)益的維護(hù)需要極地船舶提供裝備支撐。但我國極地科考艇船舶裝備在研發(fā)設(shè)計(jì)方面還存在一定的缺陷。

1 設(shè)計(jì)思路

由于極地區(qū)域的冰區(qū)分布的特殊性，不論是現(xiàn)有的“黃河號”科考艇還是水冰兩棲船，均難以解決目前冰區(qū)航行、科考作業(yè)存在的問題，因此為解決以上兩種現(xiàn)有方式存在的問題，本作品設(shè)計(jì)出了一種履帶式冰區(qū)海域兩棲科考艇，它能夠輕松實(shí)現(xiàn)水、冰區(qū)域的航行轉(zhuǎn)換模式，在水中以螺旋槳和履帶雙重推進(jìn)模式航行，在到達(dá)冰面以后采用履帶在冰面行駛;破冰船首設(shè)計(jì)為錐形船首，并在船首上方設(shè)置傾斜的破冰刃，更有利于薄冰層的破碎。能夠在極地各種復(fù)雜地形和極端天氣下進(jìn)行作業(yè)，比傳統(tǒng)的水冰兩棲船更具有靈活機(jī)動性，防止發(fā)生科考人員被困冰面的情況，節(jié)約科考人員體力和寶貴的科考時(shí)間。

2 工作原理

2.1 錐形船首的設(shè)計(jì)

常見的科考艇船首并不具有特殊的破冰功能，考慮到冰區(qū)航道的浮冰再次聚集形成厚冰層的情況，為保證科考艇作業(yè)的安全系數(shù)，所以本作品的船首設(shè)計(jì)成一種具有破冰功能的錐形式船首，水線以上為后傾式船首，水線以下為普通的前傾式船首，可利用傾斜向后的船首線型，并在船首上方設(shè)置傾斜的破冰刃，破冰刃對于薄冰層具有自后下、往前上方向的破冰作用力，更有利于薄冰層的破碎。這種形式的破冰船船首結(jié)構(gòu)緊湊，體積更小，輕便性更好，更符合本作品設(shè)計(jì)的兩棲科考艇的船首，此外本作品的兩體的形狀也類似于錐形，同樣具有一定的破冰能力。

當(dāng)科考艇脫離母船，到達(dá)薄冰區(qū)時(shí)采用船首連續(xù)破冰的方式前進(jìn)，通過調(diào)節(jié)船首尾的壓載水艙使得船舶適當(dāng)首傾，使船首進(jìn)入冰層以下，利用艏部浮力與推進(jìn)力的合力進(jìn)行破冰。

2.2 履帶懸掛行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

為了提高在冰區(qū)水域航行的穩(wěn)性，我們考慮將船型設(shè)計(jì)為三體船型，并將旁邊的兩體上設(shè)置履帶輪，船體四周及底部設(shè)置總浮力大于兩棲船總重量的水密隔艙、船艙的甲板上方四周設(shè)置隔水圍擋。在厚冰區(qū)時(shí)，采用上冰面的方式行進(jìn)可以有效地提高作業(yè)效率。當(dāng)?shù)竭_(dá)厚冰面將要上岸時(shí)，需要將船舶保持適當(dāng)?shù)奈矁A狀態(tài)，將船尾的壓載水打入，使船頭翹起，減少上岸時(shí)與陸地的沖撞，同時(shí)，水艙能夠使船體在陸地上行駛更好地調(diào)節(jié)重心，能夠提高行駛速度。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 設(shè)計(jì)了一種適合冰區(qū)惡劣環(huán)境下的兩棲船舶行進(jìn)方式

本作品所設(shè)計(jì)的履帶式冰區(qū)海域兩棲科考艇，在寬敞的冰區(qū)航道可利用螺旋槳推進(jìn)自由航行，在厚冰區(qū)、冰原區(qū)，通過船身兩側(cè)的履帶登陸上冰層，與傳統(tǒng)方式相比上冰過程更安全，在冰面上利用特制的履帶機(jī)構(gòu)行走，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的科考作業(yè)，節(jié)約科考人員的體力。

3.2 設(shè)計(jì)具有后傾線型的船首，并加裝冰刃，破冰效果好

利用傾斜向后的船首線型，并在船首上方設(shè)置傾斜的破冰刃，破冰刃對于薄冰層具有自后下、往前上方向的破冰作用力，更有利于薄冰層的破碎。這種形式的破冰船船首結(jié)構(gòu)緊湊，體積更小，輕便性更好，更適合科考艇這種小型船舶的船首設(shè)置。

4 結(jié)束語

綜合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外許多學(xué)者在科考艇上做了一定的研究，并取得了一定的成果，但關(guān)于履帶式的冰區(qū)航行船舶并沒有相關(guān)研究，后續(xù)制作出完善作品以后，將實(shí)地測試冰區(qū)的破冰功能以及是否在冰面具體能夠承受多大的載重，將不斷優(yōu)化履帶的結(jié)構(gòu)，以及校核上層建筑、人員的設(shè)計(jì)載荷。

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