潜水艇 |
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| 申请号 | CN201280043544.5 | 申请日 | 2012-08-13 | 公开(公告)号 | CN103857588B | 公开(公告)日 | 2016-08-24 |
| 申请人 | 蒂森克虏伯海运系统有限公司; | 发明人 | 埃尔汗·博拉特; 克里斯蒂安·克诺普; 克劳斯-格里特·梅夫斯; 博恩德·肖尔茨; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种潜 水 艇，具有对准上方的钻孔装置（12，12′），其中，钻孔装置（12，12′）设置在潜水艇的耐压艇体（4）中，并具有可以从耐压艇体（4）的设置在顶部甲板侧的开口（10）伸出的钻机（14，14′）。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种潜水艇，具有对准上方的钻孔装置， |
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| 说明书全文 | 潜水艇技术领域[0001] 本发明涉及一种潜水艇。 背景技术[0002] 具有不依赖外部空气的推进系统的潜水艇可以在北极水域在封闭的冰盖下长时间工作。但是在封闭冰盖下的潜行过程中出现紧急情况将是致命的，此时乘员要放弃潜艇。在这种情况下冰盖将会阻碍潜艇上的人员向上到达冰盖上方。 发明内容[0003] 在此背景下，本发明的目的在于提出一种潜水艇，其能够在封闭的冰盖下潜行时使乘员从出口离开潜艇到达冰盖的上面。 [0004] 该目的通过一种潜水艇来实现，该潜水艇具有对准上方的钻孔装置，其中，所述钻孔装置设置在该潜水艇的耐压艇体中，并具有能够从所述耐压艇体的设置在顶部甲板侧的开口伸出的钻机，其中，所述钻机的钻头构成封闭所述耐压艇体的开口的封闭体。这种潜水艇的优选的扩展方案由以下的描述以及附图给出。 [0005] 本发明的基本思想是提出一种具有指向上方的钻孔装置的潜水艇。利用这种钻孔装置，可以在在封闭的冰盖下方潜行时从下面在冰盖中钻孔，并能够特别有利地钻出适合于潜水艇船员的退出孔。乘员可以通过该退出孔例如在紧急情况下离开潜艇并到达冰盖上方。为此，将该钻孔装置这样定位在潜水艇上或在潜水艇中：当潜水艇直接位于冰盖下方时，可以将设置在艇体外的钻机放置在冰盖底部并可以钻穿冰盖。为了在冰盖中钻出退出孔，将钻机的尺寸适宜地确定为：利用该钻机可以钻出横截面或直径能允许人爬出的钻孔。优选该钻机具有钻头，钻头的直径至少等于或大于设置在潜水艇顶部甲板侧的退出口的直径。钻头可以类似于在隧道掘进机中所使用的钻头，并在基本上平的端面上在中间设置的定心顶尖的旁边具有多个切削刃。此外，钻头还可以具有锥形的尖端，该锥形尖端具有从钻头的中心延伸到外周的切削刃。 [0006] 钻孔装置可以完全设置在潜艇耐压艇体的外侧。但优选将钻孔装置设置在潜艇的耐压艇体内，并优选钻孔装置的钻头可以从潜艇顶部甲板侧的开口伸出。为此，适宜地将钻孔装置直接设置在耐压艇体的这种开口的下方或者可以移动到处于耐压艇体开口正下方的位置上。优选将钻孔装置的钻头设计为，能够垂直于开口平面从开口中伸出。 [0007] 在未使用钻孔装置时，设置在耐压艇体上的开口被压力密封地封闭。为此例如可以常规的方式将盖铰接在开口的边缘上，该盖能够压力密封地封闭开口并能够在使用钻孔装置之前向外摆动。但是在特别优选的一种实施方式中，由钻机的钻头形成封闭耐压艇体开口的封闭体。因此，在不使用钻孔装置时优选将钻机的钻头定位为，能够压力密封地封闭设置在耐压艇体上的开口。与此相关的在一种优选的实施方式中，钻头相对于钻机杆(钻头设置在其端部上)具有更大的直径，并由此在钻机上形成相对于杆径向突出的环形凸肩。借助于该凸肩可以将钻机平放在耐压艇体的外侧面上，在设置于那里的开口的边缘上，并由此压力密封地封闭开口。 [0008] 优选将钻机杆设置在由转动驱动器转动运动地驱动的中空轴中，并与中空轴运动耦合。因此，优选在耐压艇体中在设置于耐压艇体顶部甲板侧上的开口下方设置中空轴，钻机的杆插入该中空轴中。该中空轴可以直接构成驱动电机的驱动轴，或者特别优选地可以通过传动装置与设置在中空轴旁边的驱动马达的驱动轴有效连接，该驱动马达优选为电动机。在中空轴中，钻机的杆至少沿中空轴的转动方向与中空轴形状配合地连接。 [0009] 钻机通过它的杆可以直接与钻孔装置的转动驱动器运动耦合。在这种情况下，为了使钻机实现线性进给运动，需要使钻机与转动驱动器一起朝着待钻孔的冰盖方向行进。但理想情况下，可以将钻机的转动驱动器固定设置在潜水艇的耐压艇体中，并且钻机的进给运动与转动驱动器无关。为此优选使钻机可以在中空轴中沿其纵向方向移动。也就是说，在中空轴中线性运动地引导钻机的杆。同时还要与中空轴转动运动耦合。为此例如可以在杆的外周面上设置至少一个平行于钻机的纵向延伸的凹槽，至少一个形成于中空轴内侧面上的突出部或者在那里固定设置的滑块嵌接在该凹槽中。但是为了可靠地将转矩传递到杆的外周上，彼此径向间隔开地设置两个沿钻机的纵向取向的凹槽，在这些凹槽中分别插入与杆的凹槽相匹配地设置在中空轴内周上的滑块。在该实施方式中，设置在杆上的一个或多个凹槽的长度决定了钻机的可能的进给距离。 [0010] 为了使从潜水艇的耐压艇体出来的钻机进行进给运动，优选可以通过压力介质在背对钻头的一侧对钻机施加压力。为此，例如可以在钻机的杆的背对钻头的端部上接合可伸缩的气动缸或液压缸。但是优选由钻机和中空轴本身构成这种可通过压力介质加载的压力缸。在这种情况下，中空轴有利地构成压力缸的压力腔室的一部分。优选可以向该压力腔室中填充海水作为压力介质。海水可以通过从潜艇外部通向压力腔室中的管道从潜艇的外部泵送到压力腔室中。 [0011] 在钻穿过冰盖的退出孔时，适宜地是潜水艇直接以其顶部贴靠在冰盖的底部。为了在潜水艇进入该位置时防止损坏潜艇，在根据本发明的潜水艇中在其顶部甲板侧的外侧面上优选设置变形体。这种变形体在潜水艇和冰盖之间形成缓冲缩皱区或者柔顺的缓冲区。例如可以使用有弹性的、充满水的袋子和可变形的管形支架作为变形体。另外也可以使用市售的护舷碰垫作为变形体。 [0012] 在钻通过冰盖的退出孔期间以及在通过该退出孔从潜艇爬出期间，需要防止潜水艇相对于退出孔运动。为此目的，在根据本发明的潜水艇中优选在顶部甲板侧设置多个可以从艇体伸出的锚定装置，用于将潜水艇锚定在冰盖上。这些锚定装置在潜水艇上，优选在耐压艇体的、钻机通过其进出的开口的在直径上彼此相对的两侧上沿潜水艇的纵向彼此间隔地设置。优选它们可以各自具有多个尖端，这些尖端在锚定装置伸出时插入到冰盖中，并由此使潜水艇形状配合地固定在冰盖上。为了使锚定装置能够以尽可能大的按压力按压在冰盖的底部上，优选将锚定装置设计为可液压行进的。 [0013] 在利用钻孔装置在冰盖上钻出退出孔，并且将钻机再次收回到潜水艇中之后，潜水艇将移动到使潜水艇的退出口位于所钻出的退出孔正下方的位置上。为此，潜水艇可以适宜地具有例如至少一个内联推进器(Inline-Thruster)形式的辅助驱动器。当潜水艇位于使潜水艇的退出口位于所钻出的退出孔下方的位置时，打开封闭退出口的盖。为了防止在这种情况下海水通过现在已打开的退出口流入潜水艇中，在根据本发明的潜水艇中，可以进一步优选在退出口的外侧设置可构成退出通道的可充气的压力软管。该压力软管在使用前最初是被节省空间地折叠地存放，并在打开退出口的盖之前充气，由此使压力软管沿其中轴的方向扩大，直至其从退出口的边缘开始通过冰盖延伸至冰盖的上方。在这种状态下，压力软管将退出口与位于压力软管外面的海水分隔开来。 [0014] 在根据本发明的潜水艇的一种特别优选的实施方式中，钻机成为从潜水艇退出的退出闸门(Ausstiegsschleuse)。将钻机作为退出闸门的优点在于，在对冰盖钻孔并建立退出孔之后可以不再移动潜水艇，因为用于离开潜艇的退出闸门已经位于在冰盖上形成的退出孔的正下方。在将钻机构成退出闸门时，将钻机的杆构造为中空的，并在其两个端部上分别利用可移除的封闭件压力密封地封闭。优选将位于杆下面的压力室作为通向杆的通道。为此压力室适宜地具有可利用封闭件压力密封地封闭的通道开口。通常将钻机的杆的内径设定为，可以使人员在杆中的中空空间内向上攀爬。为了能够到达钻机杆的上端部，优选在杆中设置攀爬辅助装置，例如优选为伸缩梯。在该实施方式的一种优选的扩展方案中，钻机构成离开潜水艇的退出闸门，优选钻机的钻头构成作为退出闸门的外盖。因此钻头是可以从杆上取下的。 附图说明[0015] 下面参考在附图中示出的两个实施例对本发明做详细说明。在附图中： [0016] 图1在截面视图中以极其简化的原理图示意性示出了具有钻孔装置的潜水艇的一部分， [0017] 图2示出了如图1所示的钻孔装置的钻机已伸出的示意图， [0018] 图3在截面视图中以极其简化的原理图示意性示出了具有第二种实施方式的钻孔装置的第二种潜水艇的一部分。 具体实施方式[0019] 在图1、图2和图3中示出的潜水艇都位于冰盖2下方的潜水位置上。这两种潜水艇都具有耐压艇体4。在潜水艇的耐压艇体4的上面设有变形体8，耐压艇体4还分别构成相关潜水艇的顶部甲板。潜水艇通过变形体8贴靠在冰盖2的底部，在此，变形体8构成位于冰盖2和潜水艇之间的可变形缩皱区。 [0020] 在这两种潜水艇中，在耐压艇体4的顶部，即顶部甲板侧设置开口10。在耐压艇体4的内部，基本上在开口10的正下方，在如图1和图2所示的潜水艇中设有钻孔装置12，在如图3所示的潜水艇中设置有钻孔装置12′。 [0021] 如图1和图2所示的潜水艇的钻孔装置12具有钻机14，而如图3所示的潜水艇的钻孔装置12′具有钻机14′。如图1和图3所示，将钻机14和14′的长度选择为，使它们分别在安装位置上，在各个潜艇的耐压艇体4中垂直于潜水艇的纵向伸展方向从龙骨16延伸至顶部甲板6。 [0022] 钻机14和钻机14′分别具有杆18和杆18′，杆18和18′设置在中空轴20中。在如图1和图2所示的潜水艇的钻孔装置12中以及在如图3所示的潜水艇的钻孔装置杆12′中，将中空轴20设置为钻机14或14′的驱动轴。 [0023] 在所示出的两个潜水艇中，中空轴20在耐压艇体4的内部垂直于相应潜水艇的纵向伸展方向，借助于两个滚动轴承24和26围绕纵轴线A可转动地支承在支承结构22上，在此，将滚动轴承24设计为固定轴承，并将滚动轴承26设计为浮动轴承。两个潜水艇的中空轴20分别由电动机28驱动。为了实现中空轴20与电动机28的运动耦合，在中空轴20的外周上设有链齿30，其与设置在电动机28的驱动轴32上的齿轮34相啮合。 [0024] 如图1和图2所示的潜水艇的钻孔装置12的钻机14的杆18以及如图3所示的潜水艇的钻孔装置12′的钻机14′的杆18′分别与中空轴20转动运动地连接，并同时可以沿纵轴线A的方向线性移动。为此，杆18和18′在它们的外周上各自具有两个平行于纵轴线A延伸的凹槽36，该凹槽设置在杆18或18′的两个彼此沿直径背对的侧面上。在两个凹槽36中分别嵌入凹槽滑块(Nutenstein)38。凹槽滑块38固定在中空轴20的内部并在中空轴20和设置在其上的杆18或18′之间建立形状配合的连接，从而使杆18、18′一方面与中空轴20转动运动地连接，另一方面还可以相对于杆20移动。为了能够在中空轴20中转动运动地或线性运动地引导杆18或18′，在中空轴20的内部沿其纵向方向彼此间隔开地设置三个导向衬套40，杆18或18′受到引导地贴靠在这些衬套上。 [0025] 下面首先对在图1和图2中示出的潜水艇的钻孔装置12进行详细说明。 [0026] 在钻孔装置12的钻机14中，在杆18的顶部甲板侧端部上设置钻头42。钻头42由平的圆盘44构成，在圆盘44的背对杆18的端面上设有多个相邻的切削刃46。另外，在圆盘44的背对杆18的端面上在中间设有定心顶尖48。 [0027] 钻机14的钻头42构成用于封闭在耐压艇体4上的开口10(图1)的封闭体。因此，钻头42的外径与开口10的内径相匹配。钻头42的外径大于钻机14的杆18的外径。通过这种方式可以使钻头42相对于杆18构成径向向外伸出的环形凸肩。钻头42通过该凸肩在潜水艇的耐压艇体4中在钻机14的安装位置上平放于在开口10的内周上径向向内伸出的保持衬套50上。通过这种方式可以使钻机14在其安装位置上沿轴向安装在耐压艇体4中。 [0028] 利用钻机14可以在位于潜水艇上方的冰盖2中钻出孔52，潜水艇的乘员可以通过该孔离开潜水艇到达冰盖2的上方(图2)。在此，钻机14在如图1和图2所示的潜水艇中构成了离开潜水艇的退出闸门。为此将杆18设计为中空的，并在杆18的中空空间中设置优选为可伸缩的梯子54，潜水艇的乘员可以通过该伸缩梯到达钻头42，钻头42可移除地固定在杆18上，在利用钻机14在冰盖2上钻出孔52后，钻头42可以移动到能够通过钻孔52形成退出口的位置。 [0029] 在钻孔过程中，在其他情况下构成进入杆18内部的入口的杆18的背对钻头42的端部由摆动运动地铰接在杆18的该端部上的盖56封闭。杆18以及钻机14通过压力介质在盖56上施加压力，以在钻孔过程中引发钻机14的轴向进给。为此在中空轴20的面向潜水艇龙骨16的端部上连接在图中未按比例尺示出的压力腔室58。为了使钻机14实现进给运动，借助于泵60将海水通过从潜水艇龙骨16通向压力腔室58的管道62泵送到压力腔室58中。 [0030] 由此在盖56上施加压力，并使钻机14朝冰盖2的方向移动。设置于耐压艇体4上的开口10不再由钻机14的钻头42压力密封地封闭。在这种情况下，中空轴20相对于钻机14的杆8由密封件64密封，并相对于支承结构22由密封件66密封。 [0031] 在冰盖2上钻出孔52以及随后的从潜水艇中到冰盖上面的退出口在如图1和图2所示的潜水艇中是这样实现的： [0032] 首先将潜水艇移动到冰盖2的正下方。这可以通过设置在潜水艇的龙骨16上的、内联推进器68形式的辅助驱动器来实现。一旦潜艇以变形体8贴靠在冰盖2的底部上，就将其锚定在冰盖2上。为此目的，潜水艇具有锚定装置70，该锚定装置设置在在耐压艇体4上构成的位于顶部甲板一侧的凸面42上。锚定装置70具有锚定体74，该锚定体在其背对耐压艇体4的一侧配置有多个尖端76。锚定装置70的锚定体74分别安装在液压缸78上。为了将潜水艇锚定在冰盖2上，将优选连接在潜水艇的中央液压系统上的液压缸78推出，从而将设置在锚定体74上的尖端76压入冰盖2的底部中。潜水艇现在已锚定在冰盖2上。 [0033] 然后开始钻孔进程，其中，钻机14通过由电动机28驱动的中空轴20处于转动运动中，并通过对压力腔室58的填充开始朝向冰盖2方向的轴向进给。在钻孔过程中所产生的冰块落入设置在耐压艇体4上的开口10中，并利用在钻机14旁边侧向伸入开口10中的压缩空气喷嘴80将这些冰块吹到潜水艇外面去。 [0034] 一旦钻机14完全穿过冰盖2，就将钻机14收回到潜水艇的耐压艇体4中。这可以通过排空压力腔室58来实现。当压力腔室58排空时，设置在压力腔室58上、在其他情况下压力密封地封闭压力腔室58的封闭件82被打开。通过打开封闭件82将开启一开口，通过该开口能够使人员进入到压力腔室58中并打开封闭杆18的下端部的盖56。此前钻头42已经自动地从杆18脱离，或者可以由位于压力腔室58中的人员(他们在杆18中通过梯子54攀爬到钻头42)手动打开。现在，已经获得从潜水艇的耐压艇体4去往冰盖2上方的通道，潜水艇的乘员可以通过该通道离开潜水艇。 [0035] 在如图3所示的潜水艇中，钻机14′不构成离开潜水艇的退出闸门。尽管钻机14′的杆18′由于重量的原因也被构造为中空的,但是杆18′的面向潜水艇龙骨16的端部被固定地封闭。 [0036] 在如图3所示的潜水艇中，设置在杆18′的背对潜水艇龙骨16的端部上的钻机14′的钻头42′构成用于封闭在顶部甲板侧设置在耐压艇体4上的开口10的封闭体。在此钻头42′的外径也与开口10的内径相对应并大于杆18′的外径。利用由此形成的径向向外凸出的环形凸肩，也使钻头42′平放在在开口10的内周上径向向内凸出的保持衬套50上。 [0037] 钻头42′被设计为锥形的，在此，该钻头从与开口10的内径相对应的最大外径处开始沿背离杆18′的方向逐渐变细。在钻头42′的背对杆18′的一侧设有四个沿钻机14′的轴向方向突出的切削刃84，它们的形状基本上与常规的麻花钻的主切削刃的形状相符。 [0038] 在如图1和图2所示的潜水艇以及在如图3所示的潜水艇中，在中空轴20的面向潜水艇龙骨16的端部上，在中空轴的端部上连接有在图中未按比例示出的压力腔室58′，在此，中空轴20相对于钻机14的杆18由密封件64密封，并相对于支承结构22由密封件66密封。为了引起钻机14′的进给运动，利用泵60将海水通过从潜水艇的龙骨16通向压力腔室58的管道62′泵送到压力腔室58′中。 [0039] 在冰盖2上钻出孔52以及接下来从潜水艇中退出到冰盖的上面在如图3所示的潜水艇中是这样实现的： [0040] 在利用内联推进器68将潜水艇移动到冰盖2的正下方之后，通过设计与布置均与如图1和图2所示的潜水艇相同的锚定装置70将潜水艇锚定在冰盖2上。 [0041] 接着进行钻孔进程，其中，钻头14′通过由电动机28驱动的中空轴20进入转动运动，并通过填充压力腔室58′而相对于冰盖2受到挤压。在钻孔过程中所产生的冰块向外排放到位于钻头42′的切削刃84之间的中间空间中，在那里借助于在钻机14旁边侧向伸入开口10中的压缩空气喷嘴80将这些冰块吹到潜水艇外面去。 [0042] 一旦钻机14′完全穿过冰盖2，就将钻机14′收回到潜水艇的耐压艇体4中，在此,钻头42′再次压力密封地封闭耐压艇体4的开口10。钻机14′的回收与如图1和图2所示的潜水艇的钻机14的回收一样地进行。 [0043] 接下来将锚定装置70的锚定体74收回，使得潜艇可以再次自由地移动。利用内联推进器68可以使潜水艇移动，使得设置在耐压艇体4顶部甲板侧的退出口86位于由钻机14′在冰盖2中钻出的退出孔的正下方。 [0044] 通过盖88压力密封地封闭的退出口86设置在凹部90中。该凹部90的直径大于封闭退出口86的盖88的直径。在由此围绕盖88构成的凹部90的环形凸肩上安装可折叠的可充气的压力软管92。现在对该压力软管充气，使其沿纵向方向扩展通过在冰盖2上钻出的孔并伸出冰盖2的顶部。现在打开盖88，在此，压力软管92可以防止海水通过退出口86进入到潜水艇中。潜水艇的乘员现在可以离开潜水艇到达冰盖2的上方。 [0045] 附图标记列表 [0046] 2 冰盖 [0047] 4 耐压艇体 [0048] 6 顶部甲板 [0049] 8 变形体 [0050] 10 开口 [0051] 12，12′ 钻孔装置 [0052] 14，14′ 钻机 [0053] 16 龙骨 [0054] 18，18′ 杆 [0055] 20 中空轴 [0056] 22 支承结构 [0057] 24 滚动轴承 [0058] 26 滚动轴承 [0059] 28 电动机 [0060] 30 链齿 [0061] 32 驱动轴 [0062] 34 齿轮 [0063] 36 凹槽 [0064] 38 凹槽滑块 [0065] 40 导向衬套 [0066] 42，42′ 钻头 [0067] 44 圆盘 [0068] 46 切削刃 [0069] 48 定心顶尖 [0070] 50 保持衬套 [0071] 52 孔 [0072] 54 梯子 [0073] 56 盖 [0074] 58，58′ 压力腔室 [0075] 60 泵 [0076] 62，62′ 管道 [0077] 64 密封件 [0078] 66 密封件 [0079] 68 内联推进器 [0080] 70 锚定装置 [0081] 72 凸面 [0082] 74 锚定体 [0083] 76 尖端 [0084] 80 压缩空气喷嘴 [0085] 82 封闭件 [0086] 84 切削刃 [0087] 86 退出口 [0088] 88 盖 [0089] 90 凹部 [0090] 92 压力软管 [0091] A 纵轴线 |
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