一種履帶式冰區(qū)海域兩棲科考艇

萬玉春 張洪燕 彭千燁 吳芮 黎武鑫

摘 要：本作品設計出了一種履帶式冰區(qū)海域兩棲科考艇，它能夠輕松實現(xiàn)水、冰區(qū)域的航行轉換模式，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模式航行，在到達冰面以后采用履帶在冰面行駛，破冰船首設置為錐形船首，并在船首上方設置傾斜的破冰刃，更有利于薄冰層的破碎。

關鍵詞：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易海運成本，降低途經馬六甲海峽、蘇伊士運河和索馬里海域等高敏感區(qū)的政治風險。北極蘊藏豐富的油氣、礦產、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，為我國高速經濟發(fā)展提供清潔能源、戰(zhàn)略金屬資源、優(yōu)質蛋白質的有效供給。

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，此外我國極地權益的維護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)設計方面還存在一定的缺陷。

1 設計思路

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，本作品設計出了一種履帶式冰區(qū)海域兩棲科考艇，它能夠輕松實現(xiàn)水、冰區(qū)域的航行轉換模式，在水中以螺旋槳和履帶雙重推進模式航行，在到達冰面以后采用履帶在冰面行駛;破冰船首設計為錐形船首，并在船首上方設置傾斜的破冰刃，更有利于薄冰層的破碎。能夠在極地各種復雜地形和極端天氣下進行作業(yè)，比傳統(tǒng)的水冰兩棲船更具有靈活機動性，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間。

2 工作原理

2.1 錐形船首的設計

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計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構緊湊，體積更小，輕便性更好，更符合本作品設計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。

當科考艇脫離母船，到達薄冰區(qū)時采用船首連續(xù)破冰的方式前進，通過調節(jié)船首尾的壓載水艙使得船舶適當首傾，使船首進入冰層以下，利用艏部浮力與推進力的合力進行破冰。

2.2 履帶懸掛行走機構的設計

為了提高在冰區(qū)水域航行的穩(wěn)性，我們考慮將船型設計為三體船型，并將旁邊的兩體上設置履帶輪，船體四周及底部設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置隔水圍擋。在厚冰區(qū)時，采用上冰面的方式行進可以有效地提高作業(yè)效率。當?shù)竭_厚冰面將要上岸時，需要將船舶保持適當?shù)奈矁A狀態(tài)，將船尾的壓載水打入，使船頭翹起，減少上岸時與陸地的沖撞，同時，水艙能夠使船體在陸地上行駛更好地調節(jié)重心，能夠提高行駛速度。

3 創(chuàng)新點

3.1 設計了一種適合冰區(qū)惡劣環(huán)境下的兩棲船舶行進方式

本作品所設計的履帶式冰區(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自由航行，在厚冰區(qū)、冰原區(qū)，通過船身兩側的履帶登陸上冰層，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構行走，能夠實現(xiàn)高效率的科考作業(yè)，節(jié)約科考人員的體力。

3.2 設計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構緊湊，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置。

4 結束語

綜合國內外研究現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，國內外許多學者在科考艇上做了一定的研究，并取得了一定的成果，但關于履帶式的冰區(qū)航行船舶并沒有相關研究，后續(xù)制作出完善作品以后，將實地測試冰區(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)化履帶的結構，以及校核上層建筑、人員的設計載荷。

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