一種履帶式冰區海域兩棲科考艇

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海域兩棲科考艇，它能夠輕松實現水、冰區域的航行轉換模式，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的政治風險。北極蘊藏豐富的油氣、礦產、漁業、旅游等資源，北極將成為新的海外資源能源重要采購地，為我國高速經濟發展提供清潔能源、戰略金屬資源、優質蛋白質的有效供給。

我國開展北極科考、資源開發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設計方面還存在一定的缺陷。

1 設計思路

由于極地區域的冰區分布的特殊性，不論是現有的“黃河號”科考艇還是水冰兩棲船，均難以解決目前冰區航行、科考作業存在的問題，因此為解決以上兩種現有方式存在的問題，本作品設計出了一種履帶式冰區海域兩棲科考艇，它能夠輕松實現水、冰區域的航行轉換模式，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，比傳統的水冰兩棲船更具有靈活機動性，防止發生科考人員被困冰面的情況，節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，為保證科考艇作業的安全系數，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，到達薄冰區時采用船首連續破冰的方式前進，通過調節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

為了提高在冰區水域航行的穩性，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。在厚冰區時，采用上冰面的方式行進可以有效地提高作業效率。當到達厚冰面將要上岸時，需要將船舶保持適當的尾傾狀態，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重心，能夠提高行駛速度。

3 創新點

3.1 設計了一種適合冰區惡劣環境下的兩棲船舶行進方式

本作品所設計的履帶式冰區海域兩棲科考艇，在寬敞的冰區航道可利用螺旋槳推進自由航行，在厚冰區、冰原區，通過船身兩側的履帶登陸上冰層，與傳統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，能夠實現高效率的科考作業，節約科考人員的體力。

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

綜合國內外研究現狀可以發現，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航行船舶并沒有相關研究，后續制作出完善作品以后，將實地測試冰區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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