[发明专利]共振破冰船舶艏部结构

说明书

本发明提供一种共振破冰船舶艏部结构，在船舶艏部壳体的外表面设置有波浪形共振结构，在船舶艏部壳体的内部设置有刚度加强结构，所述波浪形共振结构的截面形状为凹凸状且波浪形共振结构形成破冰接触区，破冰接触区频率ω_n和波浪形共振结构频率f的耦合频率与冰的固有频率ω_ni相等。本发明具有结构简单、能耗低、环境适应性强、生存能力强、破冰效果显著等优点。

技术领域

本发明涉及一种共振破冰船舶艏部结构，技术基础与运用范围属于与船有关的结构形式。

背景技术

随着中高纬度海域油气资源的开发与利用，需要进行设备运输、资源回运、寒冷地带基地建设、救助以及物资补给等，因此，为确保冰海航行畅通，破冰船成为必不可少的工具。

但传统极区破冰船多依靠重力作用破冰，存在破冰能力差、破冰能力严重依赖排水量和主机功率等问题。针对此问题，公开号为CN104527919A的一种新型破冰船船首及破冰方法利用倾斜向后的船首线型,并在船首上方设置倾斜的破冰刃,破冰刃对于薄冰层具有自后下、往前上方向的破冰作用力,更有利于薄冰层的破碎；但对于极区较厚冰层，该发明破冰刃磨损率高，破冰能力较差。为此，本发明提供一种共振破冰艏部结构形式，共振附加重力效应，在排水量不显著增加的情况下有效提升破冰能力。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种共振破冰船舶艏部结构。

本发明的目的是这样实现的：在船舶艏部壳体的外表面设置有波浪形共振结构，在船舶艏部壳体的内部设置有刚度加强结构，所述波浪形共振结构的截面形状为凹凸状且波浪形共振结构形成破冰接触区，破冰接触区频率ω_n和波浪形共振结构频率f的耦合频率与冰的固有频率ω_ni相等。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.根据确定波浪形共振结构的波长，其中v为航速。

2.所述刚度加强结构为设置在船舶艏部壳体内部的T型材，且其刚度k满足：其中：m为破冰接触区的模态质量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明首次提出通过共振效应进行破冰，通过设置的波浪形共振结构可以与待破的冰产生共振效应，也即本发明的破冰船舶艏部结构与冰层发生共振，共振附加重力效应，在排水量不显著增加的情况下有效提升破冰能力。本发明具有结构简单、能耗低、环境适应性强、生存能力强、破冰效果显著等优点。

附图说明

图1是本发明的破冰船共振破冰船舶艏部结构图；

图2是本发明的破冰船船艏波浪形共振结构示意图；

图3a是设计前刚度加强结构形式，图3b设计后刚度加强结构形式。

图中：1-外部壳体；2-破冰接触区；3-波浪形共振结构；4-刚度加强结构

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图3b，本发明由外部壳体、波浪形共振结构以及刚度加强结构三部分构成，波浪形共振结构构成破冰接触区，根据破冰船航区冰层厚度和破冰船艏部结构特点计算破冰接触区，并将破冰接触区设计成凹凸的波浪形结构，为破冰提供激振力，由螺旋桨提供推动力，刚度加强结构安装于破冰接触区内部。

计算冰的固有频率ω_ni：根据破冰船航区冰层厚度、密度等参数，运用有限元软件建立该航区冰的有限元模型，并根据这一模型计算冰的固有频率ω_ni，破冰接触区频率ω_n与波浪形共振结构频率f耦合，耦合频率在冰的固有频率ω_ni附近或相等，达到共振破冰效果。