本发明涉及破冰船，尤其涉及一种两栖三体破冰船及其破冰方法。
背景技术：
1、破冰船指能够破开航路上的冰层的船舶，常在船艏、船艉及水线处进行加厚处理，以便在破冰的过程中减少冰层对船体结构的损坏。目前现有的破冰船主要采用的是连续式破冰和冲撞式破冰。
2、对于连续式破冰，破冰厚度一般在1.5m以下。当冰层较薄时，通常采用破冰船首，依靠螺旋桨的推力直接撞开冰层进行破冰；当冰层较厚时(但是一般小于1.5m)，破冰船无法直接撞开冰层，需要通过调整船艏和船尾的压载水，使船首冲上冰层从而压碎冰层，也即重力压溃式破冰，此过程中一般不会造成船舶损伤，破冰安全性和效率较高，但对于更厚的冰层，船首冲上冰层后，在垂直于冰面的力不足以使冰层破裂时容易致使破冰船卡在冰层中，因此一般适用于1.5m以下厚度的冰层。
3、对于冲撞式破冰，破冰厚度一般在1.5m以上。即当冰层更厚时，破冰船冲撞冰层的同时通过调整船舶艏艉的压载水配合艏部大前倾角使破冰船船首部分位于冰层上方，依靠船自身重量对冰层施加较大的向下分力，使接触区域的冰层发生弯曲和断裂。一次冲撞后倒车一定距离，之后再次积蓄动能冲撞，反复冲撞倒车，直至将冰层撞碎，虽然该过程适用的冰层厚度更大，但是冲撞式破冰效率较低，破冰时难以保证前进速度，在冲撞式破冰过程中产生较大的能量耗散，且对船舶的损伤较大。
技术实现思路
1、本发明主要目的是提出一种可以对较厚冰层进行连续破冰的压溃式的两栖三体破冰船及其破冰方法，当冰层较薄时(1.5m以下)，与传统连续式破冰的破冰船相同，利用推进器推力和破冰型首首部结构，直接撞开冰层或进行船首压溃实现连续连续式破冰；当冰层较厚时(1.5m以上)，依靠船尾的推进器和主船体两侧的履带装置从海水中冲上冰层进而在冰面上行驶，从而利用冰刀配合整个船体重量进行重力压溃式破冰，以此实现两栖连续破冰的效果。
2、本发明所采用的技术方案是：
3、一种两栖三体破冰船，包括主船体和对称安装于所述主船体两侧的左片体和右片体；所述主船体首部为破冰型首，主船体底部沿船长方向安装有冰刀结构；所述左片体和右片体位于所述主船体两侧靠后位置，每个片体底部均安装有履带装置，用于与冰层接触从而驱动船体前进；所述主船体底部的冰刀结构在水平方向上略低于两侧片体底部的履带装置，便于冰刀能够先于履带装置接触冰层以生成预制裂纹。
4、上述方案中，所述冰刀结构作为船舶附体通过冰刀刀背焊接在所述主船体的底部中线上，冰刀结构包括从船首至船尾依次设置的冰刀首部、冰刀刀刃和冰刀尾部，其中，冰刀首部与冰刀尾部分别呈向上抬升趋势，并与主船体底部平滑过渡。
5、上述方案中，所述冰刀刀刃横剖面弧线切线与水平面具有50°-60°的倾角。
6、上述方案中，所述冰刀刀刃底部沿纵向向船首呈抬升趋势，与设计水线面具有0.5°-1°的倾角。
7、上述方案中，所述冰刀首部的首倾角为15°-25°；所述冰刀尾部的尾倾角为20°-30°。
8、上述方案中，所述履带装置包括防滑履带、轴承、传动轮、从动轮，所述防滑履带置于片体底部开设的凹槽中，防滑履带内侧安装有传动轮，所述传动轮通过轴承与片体内设置的传动装置连接，传动轮和从动轮与防滑履带进行啮合传动，履带与冰层接触从而驱动船体前进。
9、上述方案中，所述主船体与两侧片体共同由主甲板连接并支撑，从而形成三体船船体；所述主船体与两侧片体内通过甲板和纵横舱壁设置多个舱室，其中包括压载水舱以及设置推进系统的动力舱。
10、上述方案中，所述主船体与两侧片体之间均通过连接桥相连，且所述连接桥安装于所述主甲板下表面。
11、相应的，本发明还提出上述两栖三体破冰船的破冰方法：
12、(1)薄冰工况破冰作业时，利用推进器推力和破冰型首，直接撞开冰层或进行船首压溃实现连续式破冰；
13、(2)厚冰工况破冰作业时，两栖三体破冰船驶入冰层时，在离冰层足够远的距离船舶开始调整为尾倾姿态，通过推进器加速推进并启动履带装置辅助推进，船体利用惯性冲上冰层，当履带装置与冰面接触后，开始逐渐转为由履带装置转动推动船体冲上冰层并在冰层上前进，推进器逐渐开始空转并待作业稳定后停止运行；由于冰刀结构底部比两片体的履带装置底部略低，冰刀结构优先接触冰层，在冰层上正常行驶时，船体重力优先通过冰刀结构作用于冰层，由此冰刀结构能够有效进行预制裂纹，履带装置接触冰面后带动船体前进并保持船体平衡。
14、上述方法中，厚冰工况破冰作业时，通过船体压载水舱对自身重量的调节来实现既保证利用冰刀结构实现预制裂纹且通过船舶自身重力近似垂直作用于冰面进行重力压溃式破冰，又保证履带装置能够在冰面上正常连续行驶。
15、本发明产生的有益效果是：
16、1、实现两栖行驶及多工况破冰：在常规水域，破冰船浮于水面并依靠主船体尾部的推进器驱动航行，实现在水面行驶；在冰层上作业时，船舶通过履带装置及冰刀结构支撑在冰层上，此时履带与冰层表面接触，冰刀部分嵌入冰层中，通过履带驱动船体前进；在薄冰工况时，采用传统连续式破冰；在厚冰工况时，船舶冲上冰层，船舶重力通过冰刀结构作用于冰层，制造裂纹，从而实现破冰过程。因此本发明可以实现两栖行驶及多工况破冰，从而扩大了破冰船的作业环境范围。
17、2、破冰厚度增大：传统破冰船采用船首爬上冰面进行破冰，冰阻力逐渐增加到冰破裂时产生的最大力，在此过程中，船首施加的力和冰层平面有较大夹角，实际破冰起主要作用的是船首施加的力在冰面法向上的分量；本发明采用在冰层上实现重力压溃式破冰，船舶行驶于冰层上，自身重力近似垂直作用于冰面，相同船舶重力下在冰面上的法向分量远大于传统破冰方式，从而能够破碎更大厚度范围内的冰层。
18、3、破冰过程耗能低、效率高：传统冲撞式破冰方式的破冰船破冰过程中需要有一定的“蓄力”过程，消耗一定的动能来冲上冰层，且破冰后需要后退一定距离，并不断重复重复此过程，破冰过程中需要消耗大量能量，而且螺旋桨需要反复进行正车前进与倒车后退操作，对螺旋桨损伤较大。而本发明采用在冰层上实现重力压溃式破冰，破冰过程连续，破冰消耗能量大多来自于重力势能，从而减小船舶自身耗能，减少碳排放，并且提高破冰效率，提高经济效益。
19、4、破冰过程连续、周期短：通过履带装置、冰刀结构、压载水舱相配合的重力压溃式破冰系统，履带装置带动船体在冰面上行驶的同时利用冰刀结构预制裂纹，随着船舶在冰层上前行，从而实现连续性快速破冰，大大缩短了破冰周期。
1.一种两栖三体破冰船，其特征在于，包括主船体和对称安装于所述主船体两侧的左片体和右片体；所述主船体首部为破冰型首，主船体底部沿船长方向安装有冰刀结构；所述左片体和右片体位于所述主船体两侧靠后位置，每个片体底部均安装有履带装置，用于与冰层接触从而驱动船体前进；所述主船体底部的冰刀结构在水平方向上低于两侧片体底部的履带装置，便于冰刀能够先于履带装置接触冰层以生成预制裂纹。
2.根据权利要求1所述的两栖三体破冰船，其特征在于，所述冰刀结构作为船舶附体通过冰刀刀背焊接在所述主船体的底部中线上，冰刀结构包括从船首至船尾依次设置的冰刀首部、冰刀刀刃和冰刀尾部，其中，冰刀首部与冰刀尾部分别呈向上抬升趋势，并与主船体底部平滑过渡。
3.根据权利要求2所述的两栖三体破冰船，其特征在于，所述冰刀刀刃横剖面弧线切线与水平面具有50°-60°的倾角。
4.根据权利要求2所述的两栖三体破冰船，其特征在于，所述冰刀刀刃底部沿纵向向船首呈抬升趋势，与设计水线面具有0.5°-1°的倾角。
5.根据权利要求2所述的两栖三体破冰船，其特征在于，所述冰刀首部的首倾角为15°-25°；所述冰刀尾部的尾倾角为20°-30°。
6.根据权利要求1所述的两栖三体破冰船，其特征在于，所述履带装置包括防滑履带、轴承、传动轮、从动轮，所述防滑履带置于片体底部开设的凹槽中，防滑履带内侧安装有传动轮，所述传动轮通过轴承与片体内设置的传动装置连接，传动轮和从动轮与防滑履带进行啮合传动，履带与冰层接触从而驱动船体前进。
7.根据权利要求1所述的两栖三体破冰船，其特征在于，所述主船体与两侧片体共同由主甲板连接并支撑，从而形成三体船船体；所述主船体与两侧片体内通过甲板和纵横舱壁设置多个舱室，其中包括压载水舱以及设置推进系统的动力舱。
8.根据权利要求7所述的两栖三体破冰船，其特征在于，所述主船体与两侧片体之间均通过连接桥相连，且所述连接桥安装于所述主甲板下表面。
9.根据权利要求1-8任一项所述的两栖三体破冰船的破冰方法，其特征在于，
10.根据权利要求9任一项所述的两栖三体破冰船的破冰方法，其特征在于，厚冰工况破冰作业时，通过船体压载水舱对自身重量的调节来实现既保证利用冰刀结构实现预制裂纹且通过船舶自身重力近似垂直作用于冰面进行重力压溃式破冰，又保证履带装置能够在冰面上正常连续行驶。
