[发明专利]一种辅助潜艇破冰出水的空化共振装置及其破冰方法

说明书

本发明公开了一种辅助潜艇破冰出水的空化共振装置及其破冰方法，该装置包括安装平台，空化机构，共振机构。安装平台将整个装置集成在壳体中，便于在潜艇上安装，并且设有升降滑台，用于安装并升降共振机构，气瓶支架用于固定空化机构；空化机构用于向冰层底部排气，使冰层底部形成局部空化区，冰层不再受水的浮力支撑，其所受重力也就转变为破冰的载荷，其中空气压缩机用于在潜艇浮出水面时收集空气，并存储在气瓶组；共振机构用于振动冰层，根据需求调整振动频率，以达到共振破冰的目的。本发明还提供一种空化和共振协同破冰方法，利用空气架空冰层，使冰层的自重转变成破冰的载荷，利用共振达到破冰效率的最大化，用最小的能量产生最大的破冰效果。

技术领域

本发明设计涉及极区潜艇破冰出水领域，具体涉及一种辅助潜艇破冰出水的空化共振装置及其破冰方法。

背景技术

北冰洋海域冬季约有73％的海面被平均厚度为3米的冰层覆盖，夏季冰层覆盖面积也可达57％。但环境恶劣的北冰洋却具有非常重要的战略位置，作为亚欧北美三大洲的顶点，它拥有联系三大洲的最短航线。在此背景下，各国对极地探索的关注度不断加强。极地地区的冰层为潜艇在极地的活动提供了特殊的隐蔽条件，但同时冰层的存在也阻碍了潜艇在极地的作战任务。潜艇如何能安全快速的破开极地冰层浮出水面，成为它在极地顺利完成打击和防卫作战任务的关键，因此潜艇破冰问题的研究显得至关重要。目前针对潜艇破冰机理的研究仍处于起步阶段，多采用潜艇上浮与冰层直接挤压的方式破冰。该种破冰方式对潜艇结构强度要求大，甚至在一些极端条件下会直接导致潜艇局部结构的破坏。

基于上述背景，迫切需要一种辅助潜艇破冰出水的装置及新的破冰方法，以实现极区潜艇的安全高效破冰出水作业。

发明内容

发明目的：针对上述现有破冰方式对潜艇结构强度要求大，破冰能力有限的问题，本发明旨在提供一种辅助潜艇破冰出水的空化共振装置。

技术方案：一种所述辅助潜艇破冰出水的空化共振装置，包括安装平台、空化机构、共振机构；所述安装平台通过升降电机驱使升降滑台，带动共振机构上下移动，并通过气瓶支架固定空化机构；所述空化机构由电机通过传动机构驱动空气压缩机，压缩空气到气瓶组，破冰时电动气阀开启，通过排气管向冰层底部排气；所述共振机构安装在升降滑台的滑块上，由控制器控制电磁激振器的振动频率，通过锤头振动冰层。其中：

所述安装平台包括安装壳体、气瓶支架、升降电机、升降滑台、升降滑台底座、丝杆固定件、联轴器、丝杆、导轨、滑块；安装平台的主体为封闭的安装壳体，将整个装置集成在其中，所述安装壳体在内部焊接有气瓶支架；所述升降滑台通过升降滑台底座固定在安装平台上，升降电机通过联轴器驱动丝杆实现滑块的升降，丝杆通过丝杆固定件安装在升降滑台底座上，滑块通过导轨安装在升降滑台底座上；所述空化机构安装在安装壳体上，并通过气瓶支架固定，排气管则穿过安装壳体与外部相通；所述共振机构安装在升降滑台的滑块上，锤头伸出安装壳体外。

所述空化机构包括电机、空气压缩机、传动机构、气瓶组、电动气阀、排气管、进气管、支架、皮带，所述电机和空气压缩机通过支架固定在气瓶组上，所述传动机构通过皮带连接电机和空气压缩机，用于压缩空气，所得压缩空气通过进气管存储在气瓶组中，电动气阀安装在气瓶组上，其出口安装排气管。

所述共振机构包括锤头、电磁激振器、控制器，所述电磁激振器安装在升降滑台的滑块上，所述控制器安装在电磁激振器上，所述锤头通过螺纹连接电磁激振器。

进一步的，所述安装平台为集成平台，将整个装置集成在安装壳体中，便于维护使用，可以实现整体移动，所述安装壳体为椭圆柱体，便于在潜艇上安装。

所述空化机构利用空气压缩机收集压缩空气，利用气瓶组存储压缩空气；所述气瓶组的容量根据需要可以调整；所述空化机构在潜艇浮出水面时存储空气，破冰时排出空气，此种方式可以循环使用，续航力强，排气量大。

所述共振机构由电磁激振器作为动力来源，结构紧凑，可靠性高；所述控制器控制电磁激振器的振动频率，适应不同冰层厚度的共振要求。