CN115571283B - 一种破冰船自主航行破冰控制策略 - Google Patents

Abstract

一种破冰船自主航行破冰控制策略，在破冰船的艏部安装有冰厚探测器，每条破冰船，根据自身性能确定正常破冰厚度，艏部加压载破冰厚度，蓄力撞击破冰厚度；船舶在设计时，根据航行海域冰厚，计算所需破冰推力，结合船舶吃水，绘制吃水、冰厚与推进曲线的关系图，分别形成有Q1曲线、Q2曲线、Q3曲线和Q4曲线；本发明根据航行海域冰厚，计算所需破冰推力，结合船舶吃水，绘制吃水、冰厚与推进曲线的关系图，并根据实际探测的冰层厚度，随时判断破冰动力组合，节能减排的前提下，保证船舶破冰前行。

Description

一种破冰船自主航行破冰控制策略

技术领域

本发明涉及极地航行破冰船控制策略技术领域，尤其是一种破冰船自主航行破冰控制策略。

背景技术

根据资料调研，航行于极地海域的破冰船一般都采用左右舷外侧各1台全回转吊舱，中间2个螺旋桨的推进方式，全船共计4个推进器向船舶提供做大的航行推力以及破冰用的最大动力。

破冰船在极地冰区航行时往往在大功率低航速的情况下，依靠冲击力进行连续破冰，如果冰层较厚，连续破冰无法有效持续进行。这时候就需要倒退蓄力后依靠强大的惯性冲击较厚冰层，开辟航道。

现有技术中，破冰船在连续破冰的情况下，船舶姿态始终保持一致，无法针对前面冰层厚度进行姿态调节，冰层较厚的时候无法储备足够惯性冲击破冰，冰层较薄的时候，又由于破冰动力太大，导致冲力功率过大，浪费船舶储能。而且破冰时，需要很多船员相互配合，人为干涉程度较高，存在一定的操作风险。

破冰船如何根据前方冰层厚度和航速的优化匹配破冰时的姿态，采用合理的自主航行破冰控制系统和策略，是目前破冰船破冰工况设计时需要重点解决的问题。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种破冰船自主航行破冰控制策略，从而可以使破冰船根据前方冰层厚度和破冰航速自主选择破冰策略，有效破冰的同时，保障破冰船破冰工况时的安全。

本发明所采用的技术方案如下：

一种破冰船自主航行破冰控制策略，在破冰船的艏部安装有冰厚探测器，每条破冰船，根据自身性能确定正常破冰厚度，艏部加压载破冰厚度，蓄力撞击破冰厚度；

船舶在设计时，根据航行海域冰厚，计算所需破冰推力，结合船舶吃水，绘制吃水、冰厚与推进曲线的关系图，分别形成有Q1曲线、Q2曲线、Q3曲线和Q4曲线；

具体的操作流程如下：

S1：当探测冰层厚度小于正常破冰厚度，即时：

破冰船控制系统接收冰层厚度，并根据冰层厚度设定航速，按破冰航速正常行驶，船舶将前方冰层压碎并开辟航道；

为了绿色节能，减少碳排放，选择动力最小的Q1曲线推进；

此时，根据测定的冰厚，根据壁厚吃水推力关系图，选定Q1曲线上对应的吃水点，对船舶进行压载操作，达到吃水要求，船舶按照该吃水航行，直至前方冰厚发生剧烈变化；

S2：当探测冰层厚度在正常破冰厚度与艏部加压载破冰厚度之间，即时：

破冰船控制系统接收冰层厚度，判定破冰厚度已超出正常破冰厚度，控制船舶推进系统及时降速；

S3：当探测冰层厚度继续增加，大于艏部加压载破冰厚度，但小于蓄力撞击破冰厚度，即时；

此时，破冰厚度已超出船舶自由航行时的破冰能力，需要采用非正常航行的破冰策略；

S4：当探测冰层厚度继续增加，大于蓄力撞击破冰厚度，即时，

控制系统接收冰层厚度信息，并对船舶吃水、船舶航速和冰层厚度综合研判，虽然采取Q4曲线推进，若导致船舶处于冰困危险之中，此时，控制系统判定无法破冰，并及时向船员发出报警信息，人工介入控制。

根据全船推进器的匹配关系，在破冰工况时，全船共有四种推进器的组合型式，分别为：

第一种，两套吊舱推进器，提供推力T1；

第二种，两套轴桨推进器，提供推力T2；

第三种，一套吊舱推进器和两套轴桨推进器，提供推力T3；

第四种，两套吊舱推进器和两套轴桨推进器，提供推力T4；

四种推进组合型式的推力大小关系为：T1≤T2≤T3≤T4，同等海况下，推力越小，船舶输出功率越小，更为节能。

作为上述技术方案的进一步改进：

换成成破冰厚度与吃水的关系，推力T1形成的曲线关系为Q1曲线，推力T2形成的曲线关系为Q2曲线，推力T3形成的曲线关系为Q3曲线，推力T4形成的曲线关系为Q4曲线。

S2中，根据探测的冰层厚度，寻求关系图中对应的推力，根据推力大小，优选程度依次设定为Q1、Q2、Q3、Q4，冰层厚度与四根推力曲线之间的交点对应的设定吃水依次为d1、d2、d3、d4；

此时，船舶吃水为d，根据d与d1、d2、d3、d4的大小关系，可锁定d的位置范围；

为了说明该情况下的控制策略及过程，假定d2≤d≤d1；

此时，破冰推力T在d2对应的Q2曲线与d1对应的Q1曲线之间，即T点位置；

此时，根据曲线关系，可采取艏部加压载，增大船舶惯性，并采用推进曲线Q1冲击前方冰层；

启动压载水泵，向艏部压载水舱注入压载水，当艏部由于压载水增多，艏部吃水变大时，艏部重量相应增加；

当艏部吃水小于设计吃水时，控制系统收到艏部吃水之后，判定该吃水状态下，连续冲撞厚冰层，即停止压载水泵，同时发出加速指令，船舶提速，控制主推进系统给定合适破冰推力，此时船舶姿态为首倾加速冲撞；

当艏部吃水大于设计吃水时，停止压载，同时，为了确保破冰安全，采用推力更足的Q2曲线进行破冰，动力选择为T2；

依靠艏部自身重量，连续冲击并挤压较厚冰层，完成破冰任务。

S3中，船舶控制系统接收冰层厚度信息后，对主推进系统发出倒车指令，船舶在已开辟出的航道上倒车，距离冰层约三个船长的距离时，停止倒车；

根据探测的冰层厚度，寻求关系图中对应的推力，根据推力大小，优选程度依次设定为Q1、Q2、Q3、Q4，冰层厚度与四根推力曲线之间的交点对应的设定吃水依次为d1、d2、d3、d4；

此时，船舶吃水为d，根据d与d1、d2、d3、d4的大小关系，锁定d的位置范围；

为了说明该情况下的控制策略及过程，假定d3≤d≤d2；

此时，破冰推力T应该在d3对应的Q3曲线与d2对应的Q2曲线之间；此时，根据曲线关系，可采取艏部加压载，增大船舶惯性，并采用推进曲线Q2冲击前方冰层；

启动压载水泵，向艏部压载水舱注入压载水，当艏部由于压载水增多，艏部吃水变大时，艏部重量相应增加；

当艏部吃水小于设计吃水时，控制系统收到艏部吃水之后，判定该吃水状态下，可开始加速，蓄力后连续冲撞厚冰层，即停止压载水泵；同时发出加速指令，船舶提速，控制主推进系统给定合适破冰推力T2；此时船舶向前加速冲撞前方冰层，当船舶即将接触厚冰层时，船舶由于惯性蓄力冲击冰层；

当艏部吃水大于设计吃水时，停止压载，同时，为了确保破冰安全，采用推力更足的Q3曲线进行破冰，动力选择为T3；

将冰层撞碎之后，再次判定前方冰层厚度，并根据冰层厚度选择破冰策略。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，破冰船在连续破冰的情况下，船舶姿态始终保持一致，无法针对前面冰层厚度进行姿态调节，冰层较厚的时候无法储备足够惯性冲击破冰，冰层较薄的时候，又由于破冰动力太大，导致冲力功率过大，浪费船舶储能。本发明根据航行海域冰厚，计算所需破冰推力，结合船舶吃水，绘制吃水、冰厚与推进曲线的关系图，并根据实际探测的冰层厚度，随时判断破冰动力组合，节能减排的前提下，保证船舶破冰前行。

同时，本发明还具备如下优点：

1、充分利用破冰船推进型式的特点，构造推进组合，提供给船舶不同的动力输出，节能减排的同时，保证船舶破冰前行；

2、船舶可根据前方冰层厚度，随时调整破冰策略，随时响应，自动化程度高，避免人工反应带来的不利影响；

3、本发明可拓展程度高，可根据实际情况，拓展加入气象信息，航路设定等功能；

4、本发明主要应用在船舶性能技术领域中，设计破冰姿态，保证破冰船破冰时的姿态自动控制以及破冰效率，保障航行安全。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的结构示意图(省略非冰区域正常航行和航路前方进入冰区)。

图3为本发明当探测冰层厚度小于正常破冰厚度时的曲线图。

图4为本发明当探测冰层厚度在正常破冰厚度与艏部加压载破冰厚度之间时的曲线图。

图5为本发明当探测冰层厚度继续增加，大于艏部加压载破冰厚度，但小于蓄力撞击破冰厚度时的曲线图。

图6为本发明当探测冰层厚度继续增加，大于蓄力撞击破冰厚度时的曲线图。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1-图6所示，本实施例的破冰船自主航行破冰控制策略，在破冰船的艏部安装有冰厚探测器，每条破冰船，根据自身性能确定正常破冰厚度，艏部加压载破冰厚度，蓄力撞击破冰厚度；

船舶在设计时，根据航行海域冰厚，计算所需破冰推力，结合船舶吃水，绘制吃水、冰厚与推进曲线的关系图，分别形成有Q1曲线、Q2曲线、Q3曲线和Q4曲线；

具体的操作流程如下：

S1：当探测冰层厚度小于正常破冰厚度，即时：

破冰船控制系统接收冰层厚度，并根据冰层厚度设定航速，按破冰航速正常行驶，船舶将前方冰层压碎并开辟航道；

为了绿色节能，减少碳排放，选择动力最小的Q1曲线推进；

此时，根据测定的冰厚，根据壁厚吃水推力关系图，选定Q1曲线上对应的吃水点，对船舶进行压载操作，达到吃水要求，船舶按照该吃水航行，直至前方冰厚发生剧烈变化；

S2：当探测冰层厚度在正常破冰厚度与艏部加压载破冰厚度之间，即时：

破冰船控制系统接收冰层厚度，判定破冰厚度已超出正常破冰厚度，控制船舶推进系统及时降速；

S3：当探测冰层厚度继续增加，大于艏部加压载破冰厚度，但小于蓄力撞击破冰厚度，即时；

此时，破冰厚度已超出船舶自由航行时的破冰能力，需要采用非正常航行的破冰策略；

S4：当探测冰层厚度继续增加，大于蓄力撞击破冰厚度，即时，

控制系统接收冰层厚度信息，并对船舶吃水、船舶航速和冰层厚度综合研判，虽然采取Q4曲线推进，若导致船舶处于冰困危险之中，此时，控制系统判定无法破冰，并及时向船员发出报警信息，人工介入控制。

根据全船推进器的匹配关系，在破冰工况时，全船共有四种推进器的组合型式，分别为：

第一种，两套吊舱推进器，提供推力T1；

第二种，两套轴桨推进器，提供推力T2；

第三种，一套吊舱推进器和两套轴桨推进器，提供推力T3；

第四种，两套吊舱推进器和两套轴桨推进器，提供推力T4；

四种推进组合型式的推力大小关系为：T1≤T2≤T3≤T4，同等海况下，推力越小，船舶输出功率越小，更为节能。

换成成破冰厚度与吃水的关系，推力T1形成的曲线关系为Q1曲线，推力T2形成的曲线关系为Q2曲线，推力T3形成的曲线关系为Q3曲线，推力T4形成的曲线关系为Q4曲线。

S2中，根据探测的冰层厚度，寻求关系图中对应的推力，根据推力大小，优选程度依次设定为Q1、Q2、Q3、Q4，冰层厚度与四根推力曲线之间的交点对应的设定吃水依次为d1、d2、d3、d4；

此时，船舶吃水为d，根据d与d1、d2、d3、d4的大小关系，可锁定d的位置范围；

为了说明该情况下的控制策略及过程，假定d2≤d≤d1；

此时，破冰推力T在d2对应的Q2曲线与d1对应的Q1曲线之间，即T点位置；

此时，根据曲线关系，可采取艏部加压载，增大船舶惯性，并采用推进曲线Q1冲击前方冰层；

启动压载水泵，向艏部压载水舱注入压载水，当艏部由于压载水增多，艏部吃水变大时，艏部重量相应增加；

当艏部吃水小于设计吃水时，控制系统收到艏部吃水之后，判定该吃水状态下，连续冲撞厚冰层，即停止压载水泵，同时发出加速指令，船舶提速，控制主推进系统给定合适破冰推力，此时船舶姿态为首倾加速冲撞；

当艏部吃水大于设计吃水时，停止压载，同时，为了确保破冰安全，采用推力更足的Q2曲线进行破冰，动力选择为T2；

依靠艏部自身重量，连续冲击并挤压较厚冰层，完成破冰任务。

S3中，船舶控制系统接收冰层厚度信息后，对主推进系统发出倒车指令，船舶在已开辟出的航道上倒车，距离冰层约三个船长的距离时，停止倒车；

根据探测的冰层厚度，寻求关系图中对应的推力，根据推力大小，优选程度依次设定为Q1、Q2、Q3、Q4，冰层厚度与四根推力曲线之间的交点对应的设定吃水依次为d1、d2、d3、d4；

此时，船舶吃水为d，根据d与d1、d2、d3、d4的大小关系，锁定d的位置范围；

为了说明该情况下的控制策略及过程，假定d3≤d≤d2；

此时，破冰推力T应该在d3对应的Q3曲线与d2对应的Q2曲线之间；此时，根据曲线关系，可采取艏部加压载，增大船舶惯性，并采用推进曲线Q2冲击前方冰层；

启动压载水泵，向艏部压载水舱注入压载水，当艏部由于压载水增多，艏部吃水变大时，艏部重量相应增加；

当艏部吃水小于设计吃水时，控制系统收到艏部吃水之后，判定该吃水状态下，可开始加速，蓄力后连续冲撞厚冰层，即停止压载水泵；同时发出加速指令，船舶提速，控制主推进系统给定合适破冰推力T2；此时船舶向前加速冲撞前方冰层，当船舶即将接触厚冰层时，船舶由于惯性蓄力冲击冰层；

当艏部吃水大于设计吃水时，停止压载，同时，为了确保破冰安全，采用推力更足的Q3曲线进行破冰，动力选择为T3；

将冰层撞碎之后，再次判定前方冰层厚度，并根据冰层厚度选择破冰策略。

本发明在工作过程中：

当船舶航行至结冰海域时，需要降低航速并进入破冰工况。

安装在艏部的冰厚探测器探测前方5～10米处的冰层厚度δ，并将探测结果反馈进控制系统。

航速v信息由船载北斗导航系统提供。

吃水d信息由船舶吃水监测系统提供。

每条破冰船在设计时，根据自身性能可确定正常破冰厚度δ₀，艏部加压载破冰厚度δ₁，蓄力撞击破冰厚度δ₂。

船舶在设计时，根据航行海域冰厚，计算所需破冰推力，结合船舶吃水，绘制吃水、冰厚与推进曲线的关系图。船舶两侧安装的两套吊舱推进装置功率较小，主要用于非冰区域的巡航航行；中间安装的两套轴桨推进器功率较大，主要用于破冰航行。为了保持船舶航向稳定性，船舶安装的2台全回转吊舱会经常一起运行使用，或者2套螺旋桨一起运行使用。

根据全船推进器的匹配关系，在破冰工况时，全船共有4种推进器主要的组合型式，分别为：

第一种，2套吊舱推进器，提供推力T1；

第二种，2套轴桨推进器，提供推力T2；

第三种，1套吊舱推进器和2套轴桨推进器，提供推力T3；

第四种，2套吊舱推进器和2套轴桨推进器，提供推力T4；

四种推进组合型式的推力大小关系为：T1≤T2≤T3≤T4。同等海况下，推力越小，船舶输出功率越小，更为节能。

根据船舶不同压载吃水情况下所受到的推力，换成成破冰厚度与吃水的关系，推力T1形成的曲线关系为Q1曲线，推力T2形成的曲线关系为Q2曲线，推力T3形成的曲线关系为Q3曲线，推力T4形成的曲线关系为Q4曲线，如附图。该曲线图，作为控制的主要判定依据。

控制策略说明：

(一)当探测冰层厚度δ小于正常破冰厚度δ₀，即δ＜δ₀时

此时，破冰船控制系统接收冰层厚度，并根据冰层厚度设定航速，可按破冰航速正常行驶，船舶可将前方冰层压碎并开辟航道。

为了绿色节能，减少碳排放，选择动力最小的Q1曲线推进。

此时，根据测定的冰厚δ，根据壁厚吃水推力关系图，选定Q1曲线上对应的吃水点，对船舶进行压载操作，达到吃水要求。船舶按照该吃水航行。直至前方冰厚发生剧烈变化。

(二)当探测冰层厚度δ在正常破冰厚度与艏部加压载破冰厚度δ₁之间，即δ₀＜δ＜δ₁时

此时，破冰船控制系统接收冰层厚度，判定破冰厚度已超出正常破冰厚度。控制船舶推进系统及时降速。

根据探测的冰层厚度，寻求关系图中对应的推力，根据推力大小，优选程度依次设定为Q1、Q2、Q3、Q4。冰层厚度与4根推力曲线之间的交点对应的设定吃水依次为d1、d2、d3、d4。

此时，船舶吃水为d，根据d与d1、d2、d3、d4的大小关系，可锁定d的位置范围。

为了说明该情况下的控制策略及过程，假定d2≤d≤d1。

此时，破冰推力T应该在d2对应的Q2曲线与d1对应的Q1曲线之间。如图2中T点位置。此时，根据曲线关系，可采取艏部加压载，增大船舶惯性，并采用推进曲线Q1冲击前方冰层。

启动压载水泵，向艏部压载水舱注入压载水，当艏部由于压载水增多，艏部吃水变大时，艏部重量相应增加。

当艏部吃水小于设计吃水时，控制系统收到艏部吃水之后，判定该吃水状态下，可连续冲撞厚冰层。即停止压载水泵。同时发出加速指令，船舶提速，控制主推进系统给定合适破冰推力。此时船舶姿态为首倾加速冲撞。

当艏部吃水大于设计吃水时，停止压载，同时，为了确保破冰安全，采用推力更足的Q2曲线进行破冰，动力选择为T2。

依靠艏部自身重量，连续冲击并挤压较厚冰层，完成破冰任务。

(三)当探测冰层厚度δ继续增加，大于艏部加压载破冰厚度δ₁，但小于蓄力撞击破冰厚度δ₂，即δ₁＜δ＜δ₂时

此时，破冰厚度已超出船舶自由航行时的破冰能力。需要采用非正常航行的破冰策略。

船舶控制系统接收冰层厚度信息后，对主推进系统发出倒车指令。船舶在已开辟出的航道上倒车，距离冰层约三个船长的距离时，停止倒车。

根据探测的冰层厚度，寻求关系图中对应的推力，根据推力大小，优选程度依次设定为Q1、Q2、Q3、Q4。冰层厚度与4根推力曲线之间的交点对应的设定吃水依次为d1、d2、d3、d4。

此时，船舶吃水为d，根据d与d1、d2、d3、d4的大小关系，可锁定d的位置范围。

为了说明该情况下的控制策略及过程，假定d3≤d≤d2。

此时，破冰推力T应该在d3对应的Q3曲线与d2对应的Q2曲线之间。如图3中T点位置。此时，根据曲线关系，可采取艏部加压载，增大船舶惯性，并采用推进曲线Q2冲击前方冰层。

启动压载水泵，向艏部压载水舱注入压载水，当艏部由于压载水增多，艏部吃水变大时，艏部重量相应增加。

当艏部吃水小于设计吃水时，控制系统收到艏部吃水之后，判定该吃水状态下，可开始加速，蓄力后连续冲撞厚冰层，即停止压载水泵。同时发出加速指令，船舶提速，控制主推进系统给定合适破冰推力T2。此时船舶向前加速冲撞前方冰层，当船舶即将接触厚冰层时，船舶由于惯性蓄力冲击冰层。

当艏部吃水大于设计吃水时，停止压载，同时，为了确保破冰安全，采用推力更足的Q3曲线进行破冰，动力选择为T3。

将冰层撞碎之后，再次判定前方冰层厚度，并根据冰层厚度选择破冰策略。

(四)当探测冰层厚度δ继续增加，大于蓄力撞击破冰厚度δ₂，即δ₂＜δ时

此时，控制系统接收冰层厚度信息，并对船舶吃水、船舶航速和冰层厚度综合研判。虽然采取Q4曲线推进，但是有可能导致船舶处于冰困危险之中。此时，控制系统判定无法破冰，并及时向船员发出报警信息，人工介入控制。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (4)

1.一种破冰船自主航行破冰控制策略，其特征在于：在破冰船的艏部安装有冰厚探测器，每条破冰船，根据自身性能确定正常破冰厚度δ₀，艏部加压载破冰厚度δ₁，蓄力撞击破冰厚度δ₂；

船舶在设计时，根据航行海域冰厚，计算所需破冰推力，结合船舶吃水，绘制吃水、冰厚与推进曲线的关系图，分别形成有Q1曲线、Q2曲线、Q3曲线和Q4曲线；

具体的操作流程如下：

S1：当探测冰层厚度δ小于正常破冰厚度δ₀，即δ＜δ₀时：

破冰船控制系统接收冰层厚度，并根据冰层厚度设定航速，按破冰航速正常行驶，船舶将前方冰层压碎并开辟航道；

为了绿色节能，减少碳排放，选择动力最小的Q1曲线推进；

此时，根据测定的冰厚δ，根据壁厚吃水推力关系图，选定Q1曲线上对应的吃水点，对船舶进行压载操作，达到吃水要求，船舶按照该吃水航行，直至前方冰厚发生剧烈变化；

S2：当探测冰层厚度δ在正常破冰厚度与艏部加压载破冰厚度δ₁之间，即δ₀＜δ＜δ₁时：

破冰船控制系统接收冰层厚度，判定破冰厚度已超出正常破冰厚度，控制船舶推进系统及时降速；

S3：当探测冰层厚度δ继续增加，大于艏部加压载破冰厚度δ₁，但小于蓄力撞击破冰厚度δ₂，即δ₁＜δ＜δ₂时；

此时，破冰厚度已超出船舶自由航行时的破冰能力，需要采用非正常航行的破冰策略；

S4：当探测冰层厚度δ继续增加，大于蓄力撞击破冰厚度δ₂，即δ₂＜δ时，控制系统接收冰层厚度信息，并对船舶吃水、船舶航速和冰层厚度综合研判，虽然采取Q4曲线推进，若导致船舶处于冰困危险之中，此时，控制系统判定无法破冰，并及时向船员发出报警信息，人工介入控制。

2.如权利要求1所述的一种破冰船自主航行破冰控制策略，其特征在于：根据全船推进器的匹配关系，在破冰工况时，全船共有四种推进器的组合型式，分别为：

第一种，两套吊舱推进器，提供推力T1；

第二种，两套轴桨推进器，提供推力T2；

第三种，一套吊舱推进器和两套轴桨推进器，提供推力T3；

第四种，两套吊舱推进器和两套轴桨推进器，提供推力T4；

四种推进组合型式的推力大小关系为：T1≤T2≤T3≤T4，同等海况下，推力越小，船舶输出功率越小，更为节能，

根据船舶不同压载吃水情况下所受到的推力，换成成破冰厚度与吃水的关系，推力T1形成的曲线关系为Q1曲线，推力T2形成的曲线关系为Q2曲线，推力T3形成的曲线关系为Q3曲线，推力T4形成的曲线关系为Q4曲线。

3.如权利要求1所述的一种破冰船自主航行破冰控制策略，其特征在于：S2中，根据探测的冰层厚度，寻求关系图中对应的推力，根据推力大小，优选程度依次设定为Q1、Q2、Q3、Q4，冰层厚度与四根推力曲线之间的交点对应的设定吃水依次为d1、d2、d3、d4；

此时，船舶吃水为d，根据d与d1、d2、d3、d4的大小关系，可锁定d的位置范围；

为了说明该情况下的控制策略及过程，假定d2≤d≤d1；

此时，破冰推力T在d2对应的Q2曲线与d1对应的Q1曲线之间，即T点位置；

此时，根据曲线关系，可采取艏部加压载，增大船舶惯性，并采用推进曲线Q1冲击前方冰层；

启动压载水泵，向艏部压载水舱注入压载水，当艏部由于压载水增多，艏部吃水变大时，艏部重量相应增加；

当艏部吃水小于设计吃水时，控制系统收到艏部吃水之后，判定该吃水状态下，连续冲撞厚冰层，即停止压载水泵，同时发出加速指令，船舶提速，控制主推进系统给定合适破冰推力，此时船舶姿态为首倾加速冲撞；

当艏部吃水大于设计吃水时，停止压载，同时，为了确保破冰安全，采用推力更足的Q2曲线进行破冰，动力选择为T2；

依靠艏部自身重量，连续冲击并挤压较厚冰层，完成破冰任务。

4.如权利要求1所述的一种破冰船自主航行破冰控制策略，其特征在于：S3中，船舶控制系统接收冰层厚度信息后，对主推进系统发出倒车指令，船舶在已开辟出的航道上倒车，距离冰层约三个船长的距离时，停止倒车；根据探测的冰层厚度，寻求关系图中对应的推力，根据推力大小，优选程度依次设定为Q1、Q2、Q3、Q4，冰层厚度与四根推力曲线之间的交点对应的设定吃水依次为d1、d2、d3、d4；

此时，船舶吃水为d，根据d与d1、d2、d3、d4的大小关系，锁定d的位置范围；

为了说明该情况下的控制策略及过程，假定d3≤d≤d2；

此时，破冰推力T应该在d3对应的Q3曲线与d2对应的Q2曲线之间；此时，根据曲线关系，可采取艏部加压载，增大船舶惯性，并采用推进曲线Q2冲击前方冰层；

启动压载水泵，向艏部压载水舱注入压载水，当艏部由于压载水增多，艏部吃水变大时，艏部重量相应增加；

当艏部吃水小于设计吃水时，控制系统收到艏部吃水之后，判定该吃水状态下，可开始加速，蓄力后连续冲撞厚冰层，即停止压载水泵；同时发出加速指令，船舶提速，控制主推进系统给定合适破冰推力T2；此时船舶向前加速冲撞前方冰层，当船舶即将接触厚冰层时，船舶由于惯性蓄力冲击冰层；

当艏部吃水大于设计吃水时，停止压载，同时，为了确保破冰安全，采用推力更足的Q3曲线进行破冰，动力选择为T3；

将冰层撞碎之后，再次判定前方冰层厚度，并根据冰层厚度选择破冰策略。

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