[发明专利]一种自适应极地航行船舶减阻系统

说明书

本发明主要涉及到船舶设计与船舶建造领域，具体地说，是一种自适应极地航行船舶减阻系统，包括流线型减阻机构、支承机构、监测装置和终端控制系统，所述流线型减阻机构装设在所述支承机构上，所述支承机构装设在船体上，所述流线型减阻机构与所述支承机构相互配合，以达到兴起波浪和改变流场的目的，所述监测装置安装在流线型减阻机构前侧的船体上，用于监测流况和冰况信息，所述终端控制系统用于分析信息并调整流线型减阻机构的姿态，本发明不仅可以保证极地航行船舶优良的排冰、破冰性能，还能减少船舶在极地地区航行过程时的总阻力。

技术领域

本发明主要涉及到船舶设计与船舶建造领域，具体地说，是一种自适应极地航行船舶减阻系统。

背景技术

极地是影响世界可持续发展和人类生存的新疆域。由于地理位置的特殊性以及自然环境的独特性，极地地区不仅有丰富的煤炭资源、矿物资源、天然气资源和生态资源，还有着非常巨大的科研价值，如天文宇宙观测、太阳磁场对地球的影响分析和地理圈层相互作用研究等等。此外，极地地区的开发还具有巨大的经济价值。就拿北极地区来说，随着北极地区海冰覆盖面积逐步减小，北极航道逐渐开通。相比于传统的苏伊士运河航线和巴拿马运河航线来说，北极航道缩短了数千公里的航程，是联系亚欧美三大洲的最短航线。因此，出于商业需要和科研需要，世界各国都在加紧对极地地区资源的开发，从而对极地船舶的需求量越来越大，对极地船舶的设计要求越来越高。

极地船舶的设计要考虑诸多方面，其中如何减小阻力和保证一定的排冰性能尤为重要。

阻力方面，船舶在冰区航行的总阻力由两部分组成：敞水阻力和冰阻力。敞水阻力指船舶在无冰水域航行时所受到的阻力；冰阻力主要由清冰阻力和摩擦阻力组成。清冰阻力是由于船舶和浮冰块的碰撞，使其远离船体运动而产生的力；摩擦阻力是由船艏、舷侧与浮冰块的摩擦，以及与浸入水中并贴近船体表面滑行的浮冰块之间的摩擦引起。如何减小上述阻力一直是极地船舶设计的重难点。

排冰性能方面，船舶在碎冰区航行时，有的碎冰会沿船体表面运动至桨前流场中，与螺旋桨发生相互干扰，从而影响其水动力性能，甚至产生严重的振动与噪声。因此，避免碎冰进入推进器流场就显得十分必要。

对于一般航行在极地冰区的商船来说，为最大化敞水性能，有可能不采用破冰型船艏，而依然采用球鼻艏，以减小航行过程中的敞水阻力，但这种艏部结构不利于破冰和排冰；传统的破冰船敞水阻力很大，而且不能有效降低碎冰进入推进器流场的可能性。

因此，迫切需要改进极地船舶的设计，使极地船舶在保持一定破冰、排冰性能的前提下，减小航行阻力。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种自适应极地航行船舶减阻系统，能够保证优良的排冰、破冰性能，并减少船舶在冰区航行过程中的总阻力。

本发明披露的具体技术方案如下：

一种自适应极地航行船舶减阻系统，包括流线型减阻机构、支承机构、监测装置和终端控制系统，流线型减阻机构装设在支承机构上，支承机构装设在船体上，流线型减阻机构与支承机构相互配合，以达到兴起波浪和改变流场的目的，监测装置安装在流线型减阻机构前侧的船体上，用于监测流况和冰况信息，终端控制系统用于分析信息并调整流线型减阻机构的姿态。

在上述技术方案中，流线型减阻机构包括中心转轴、支撑架、流线型壳体、连接体、滑动支座、行星轮、齿轮轴和电传动装置，支撑架与中心转轴连接，流线型壳体在支撑架支撑下包裹住中心转轴，齿轮轴与行星轮连接，并与滑动支座和电传动装置共同装设在连接体上，电传动装置可驱动行星轮、支撑架和滑动支座的运动，以调整流线型减阻构件的姿态； 支承机构包括支承机构上层、支承机构中层和支承机构下层，支承机构中层为内齿轮轨道，焊接设置于支承机构上层和支承机构下层之间；监测装置包括传感器阵列和摄像头阵列，传感器阵列装设在流线型减阻机构前侧船体上，摄像头阵列装设在船艏及靠近船艏舷侧处。