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作品简介:

极地地区拥有极为丰富的自然资源,随着北极海冰的迅速融化、两极大陆架油气资源的高度预期以及冰区海洋生物资源商业捕捞可能性的增加,两极海洋作为极地战略目标区域的重要地位日益凸显,刺激和引导各极地考察国家战略投资的方向朝向这片冰封的海洋及其洋底的大陆架区域。

与丰富的自然资源相比,更加诱人的则是 400 年来人们梦想中的“北方黄金航道”的开辟。倘若北极航道顺利通航,其必将形成一个包括东亚、俄罗斯等在内的环北极大型经济圈。而这一切已经远远超过资源开发的意义,它无疑将带来国际政治版图的巨大变迁。而要开辟人们梦想中的“北方黄金航道”,破冰船的作用至关重要。

基于此,本文主要介绍破冰船的概况、破冰原理、破冰技术和几种破冰方法,破冰船总体设计技术,性能分析和模型仿真以及各国破冰船及未来的发展趋势。希望能为极地破冰船有关科研工作者提供较为全面的资料,为我国极地事业的发展前行助力。

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侯红英
前 言

前 言

随着陆地资源被不断地开采,油气资源也变得越来越少,因此,人们把目光投向了两极地区,极地海洋资源的合理开发和利用也逐渐提上了日程,对极地进行科学考察也不断发展,因此,破冰船显示出了它的重要地位。破冰船的主要任务是开辟新航道、进行极地救援和物质运输等。所以,提高破冰船的破冰能力,开发新船型就变得尤为重要。

破冰船是用于破碎水面冰层,船身短而宽,长宽比值小,底部首尾上翘,首柱尖削前倾,总体强度高,首尾和水线区用厚钢板和密骨架加强,船壳厚、马力大,且船体各区域设有不同的压水舱,动力多采用对称的多轴,多螺旋桨配置,动力推进系统多采用双轴和双轴以上多螺旋桨装置,以柴油机为原动力的动力推进。螺旋桨和舵有防护和加强。破冰时,首部压挤冰层在行进中连续破冰或反复突进破冰。

极地破冰船相对与其他类型船舶发展历史较短,第一艘极地破冰船是由俄国人设计、1899年英国为俄国建造的“叶尔马克”号。环北极国家中除冰岛、丹麦外,俄罗斯、加拿大、美国、芬兰、瑞典、挪威都拥有强大的破冰船队,俄罗斯拥有多艘核动力大马力破冰船,用于开辟北极航道。 中国虽然是近北极国家和世界上第一造船大国,但与国外极地船舶先进的技术水平相比,存在一定的差距。“雪龙”号是目前中国进行极地科学考察的唯一一艘配套设备相对比较完善的破冰船,虽然,“雪龙”号破冰船设备比较完善,且多次担负起中国极地科考的重任,但是与其它各国先进破冰船相比较在破冰能力方面还是有一定的差距。因此,中国在发展破冰船技术方面任重而道远。 此外,随着极地科学考察的不断推进,对极地破冰船的破冰能力的需求也在不断提高,因此,加强极地破冰船的破冰结构、提高破冰船的破冰能力是十分必要的 。

本文集对极地破冰船相关技术研究进行了较为全面的汇总,以期为有关研究人员提供便捷高效的参考资料。但因编者的知识结构和眼界所限,不足之处也在所难免,还请各位读者批评指正。

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第1章 极地破冰船概述
1.极地战略 船舶先行
吴刚;张东江
对目前世界上极地航行船舶的现状及需求进行分析,同时结合当前极地船舶技术发展的特点,指出我国发展极地船舶需关注的主要问题,并提出在当前极地战略大背景下发展极地船舶的几点建议。   详情>>
来源:《船舶》 2014年第06期 作者:吴刚;张东江
2.极地科考破冰船概貌
罗卫东
<正>本文系统分析了国内外极地科考破冰船拥有现状及发展趋势,并对典型极地科考破冰船的主要船型参数进行了详细介绍,为大家开拓视野,并为了解极地科考或进行相关工作提供可供参考的资料。一、极地考察随着科学考察的深入,南北极的奥秘和环境资源价值不断被发现,极地领域的竞争愈发激烈,权益争...   详情>>
来源:《中国工程咨询》 2014年第04期 作者:罗卫东
3.极地破冰船技术现状及我国发展对策
张健;韩文栋
极地地区拥有极为丰富的自然资源,对未来社会的经济发展起着重要的作用。如今,随着全球气温的不断升高,极地地区的冰层也开始慢慢的融化,在此背景下,北极实现通航便成为了可能。如若要开辟人们梦想中的"北方黄金航道"破冰船便起到了至关重要的作用。与此同时,"环北极国家"正在加紧北极战略部署...   详情>>
来源:《中国水运(下半月)》 2016年第05期 作者:张健;韩文栋
第2章 破冰船及破冰原理
1.破冰船与破冰原理
刘庭华
2013年圣诞前夜,俄罗斯"绍卡利斯基院士"号科学考察船被困南极冰山雪海中,中国极地考察船"雪龙"号及时抵达遇险地救援,几经周折,最终成功实施营救。这一事件引发了人们对破冰船的关注,破冰船与普通船有什么不同?破冰船是如何破冰的?我国破冰船的发展状况如何?   详情>>
来源:《物理教学》 2014年第05期 作者:刘庭华
2.破冰船技术及几种破冰方法
沈权;赵炎平
<正>1破冰船的主要特点在船舶设计和建造史上,破冰船是相对较晚发展的船舶。世界上最早的破冰船诞生于1837年的美国费城,是一艘名为"City ice boat No.1"的蒸汽机驱动轮叶的船只;第一艘核动力破冰船"列宁"号诞生于1959年的前苏联。目前在世界上设计和建造破冰船能力最强   详情>>
来源:《航海技术》 2010年第01期 作者:沈权;赵炎平
第3章 极地破冰船设计技术
1.极地船舶与浮体结构物力学问题研究综述
薛彦卓;倪宝玉
北极航道的开发和极地资源的勘采为船舶与海洋工程装备设计制造提供了良好的发展契机,但极地极端载荷环境所引起的复杂力学问题也相应地提出了巨大的挑战。为此,本文首先梳理极地航行船舶与浮体结构物涉及的基础力学问题,回顾并讨论国内外在相关力学问题方面的研究进展和技术难点,对于极区波浪...   详情>>
来源:《哈尔滨工程大学学报》 2016年第01期 作者:薛彦卓;倪宝玉
2.破冰船压载水调驳辅助破冰技术
王平团;房玉吉
针对目前破冰船的主要破冰方法,介绍几种主要的压载水调驳技术,包括设备组成、原理及控制策略,对比分析其优缺点,为破冰船压载水系统设计提供参考。   详情>>
来源:《船海工程》 2016年第02期 作者:王平团;房玉吉
3.美海岸警卫队极地破冰船调距桨的性能
D.G.莱克渥克;周行健
近四年来,尽管美海岸警卫队北极星号和北冰洋号破冰船的调距桨桨毂机构曾经出现过某些技术问题,但仍然证明具有极好的破冰性能。本文通过破冰船讨论了调距桨对于破冰作业的适用性,并回顾了极地破冰船调距桨的设计;还通过调距桨自1976年至今的运转经历,叙述了对最初破冰试验期间损坏的叶片变距...   详情>>
来源:《国外舰船技术(特辅机电设备...》 1982年第08期 作者:D.G.莱克渥克;周行健
4.一种应用于极地破冰船的综合船桥系统设计
王静绮
由于极地战略地位的提升,我国已启动新一代极地科学考察破冰船的建造工程,作为当前自动航行领域最先进的技术-综合船桥系统显然成为极地破冰船自动航行系统最佳的配置方案。本文针对极地破冰船的特点及使用需求,参考目前国际上典型的综合船桥系统设备配置,研究综合船桥系统设计的工作过程,提出...   详情>>
来源:《第十七届中国科协年会——分...》 2015年第期 作者:王静绮
5.破冰船舵系安装与实践总结
尹振军
随着国家对极地资源探测和开发的逐步深入,破冰船的需求越来越大。文章结合破冰船舵系安装的研究,重点阐述破冰船舵系特点及主要组成部件,及舵系各部件的安装条件、安装方法及安装检验描述及总结,为后续相似的破冰船舵系安装提供借鉴。   详情>>
来源:《中国修船》 2016年第02期 作者:尹振军
6.冰区航行船舶轮机设计的特殊要求
蔡伟昭
冰区航行船舶的轮机设计主要保证主推进系统、消防等船舶航行安全系统及船员生活系统等,在冰雪冷冻环境工况下具备正常工作的能力。本文以已交付使用的51 800 DWT成品油/化学品船轮入级ICE-1A*为实例,并结合IACS冰极规范、DNV规范和瑞典芬兰冰区规则,简要介绍冰区航行轮机设计的特殊要求。   详情>>
来源:《广船科技》 2014年第02期 作者:蔡伟昭
7.冰区航行船舶推进系统设计的若干考虑
孙文林;王超
冰区航行船舶由于其特殊的工作环境与气候条件,其设计要求与传统的推进系统有着很大的不同。针对冰区航行条件下船舶推进系统所需要面临的问题,及这些问题所导致的冰区推进系统的特殊性进行了整理和分析,指出了推进系统设计过程中为应对冰区航行条件下的海冰、低温以及空泡噪声等问题所应采取...   详情>>
来源:《船舶工程》 2015年第09期 作者:孙文林;王超
8.冰区加强船冰载荷计算与轴系设计
耿厚才;于瑶
根据船舶入级的冰级符号以及母型船的原始设计,进行了极限冰载荷计算并确定了轴系直径,通过频域内的扭振计算,校核了轴系的稳态扭振要求。在此基础上,进行了时域内的瞬态扭振计算,基于时域响应扭矩,对相关参数进行了校核。   详情>>
来源:《船舶工程》 2015年第11期 作者:耿厚才;于瑶
9.极地船电加热系统设计
陈宪;汪建华
本文介绍和探讨极地船舶的电加热系统的应用范围,以及配电设计特点。   详情>>
来源:《广船科技》 2015年第05期 作者:陈宪;汪建华
第4章 破冰船性能分析及模型仿真
1.碎冰区海冰与船舶结构相互作用的离散元分析
季顺迎;李紫麟
采用离散元模型对碎冰区海冰与船舶结构的相互作用进行了数值模拟。碎冰由三维圆盘单元构成,并考虑了其在海流作用下的浮力、拖曳力、附加质量;采用单元组合的方式构造了船体的简易模型。通过海冰与船体单元间的接触判断和接触力计算确定海冰与船体结构之间的相互作用。采用以上离散单元模型对...   详情>>
来源:《应用力学学报》 2013年第04期 作者:季顺迎;李紫麟
2.积冰对船舶稳性的影响
卜淑霞;储纪龙
目前国际海事组织(IMO)正在制定极地规则,其中对于稳性衡准主要涉及积冰对完整稳性的影响。本文首先分析了目前积冰的研究现状;其次分析了积冰质量和位置分布的计算方法以及IMO衡准中给定的积冰计算方法;最后以一艘集装箱船为研究对象,研究了不同方法计算的积冰对复原力臂的影响,从而证明积冰...   详情>>
来源:《第二十七届全国水动力学研讨...》 2015年第期 作者:卜淑霞;储纪龙
3.船舶在碎冰区航行的离散元模型及冰载荷分析
李紫麟;刘煜
采用离散元模型对碎冰区浮冰与船舶结构的相互作用进行了数值研究.碎冰由三维圆盘单元构成,并考虑其在海流作用下的浮力、拖曳力和附加质量.船体结构由一系列三角形单元组合构造.通过海冰与船体单元间的接触判断和接触力计算,确定海冰与船体结构之间的相互作用.采用以上离散单元模型对不同冰况...   详情>>
来源:《力学学报》 2013年第06期 作者:李紫麟;刘煜
4.破冰船阻力性能估算
刘源;张志国
在预测船体冰阻力数值方法中,有许多不同的公式可以用来估算不同冰况下工作的船体冰阻力。其中模型试验仍将是最准确的预测,但其他的一些方法也可以给冰阻力的估算提供依据。对破冰船的破冰方式在破冰过程中所受的阻力进行分析,探讨其在不同冰况下的冰阻力成分,分析各种冰阻力计算公式,然后对...   详情>>
来源:《舰船科学技术》 2014年第07期 作者:刘源;张志国
5.破冰船阻力性能预报方法综述
王超;孙文林
随着近年来北极航道的通航以及各国对北极油气资源的开发,破冰船在极地开发领域的重要性也随之凸显。而破冰船阻力性能作为直接决定破冰船破冰能力的一项关键指标,对破冰船的设计和优化有重要的意义。由于国内对冰阻力的研究开展较晚,缺乏相关参考。本文针对实船试验、模型试验和理论预报等国...   详情>>
来源:《舰船科学技术》 2015年第05期 作者:王超;孙文林
6.冰载荷作用下船舶耐撞性能研究进展
陈聪;张健
结合近年来国内外研究学者对船—冰碰撞领域的研究,着重介绍了海冰参数与力学性能、船舶与海冰的碰撞和冰撞载荷作用下的抗冲击设计三个方面的研究现状,为提高船舶抗冰载荷设计提供理论依据。   详情>>
来源:《中外船舶科技》 2014年第01期 作者:陈聪;张健
7.破冰船冲破冰层的有限元数值仿真研究
王林;刘星
基于"冲撞式"破冰法以及有限元仿真法的原理,利用MSC.Patran/Dytran软件进行冰载荷的数值模拟,研究模拟破冰船冲撞冰层的过程中的关键技术,分析确定适合于本文所用的研究方案,对整个破冰过程中冰层的变化过程进行分析,并通过对比不同的冲撞速度、撞击角度以及冰层厚度,研究这些参数的不同对破...   详情>>
来源:《中国水运(下半月)》 2014年第05期 作者:王林;刘星
8.极地航行船舶冰力预报的层冰破坏模型
汪玉兰;何鸣
随着极地战略的提出,对极地船舶的相关研究受到越来越多的重视。在对极地航行船舶进行冰力预报前,需要研究层冰的破环机理,建立合适的层冰破环模型。所有数学模型方法和仿真方法都是建立在一定假设之上的,根据已有的研究基础,本文对极地航行船舶与层冰的相互作用进行理论分析,基于船舶破冰过程...   详情>>
来源:《科技视界》 2016年第13期 作者:汪玉兰;何鸣
9.连续破冰模式下破冰船的冰力研究
王钰涵;李辉
由于破冰船航行区域及工作任务的特殊性,对于海冰与船体的相互作用越来越受到重视。在一定理想化假设的基础上对破冰船在直行情况下的连续破冰模式运用数值方法进行模拟,然后得到破冰船破冰过程中的冰力时历曲线,并分析了相关破冰参数对连续破冰作用下破冰形状及平均冰力的影响程度。模拟结果...   详情>>
来源:《海洋工程》 2013年第04期 作者:王钰涵;李辉
10.极地船舶无冰水域航行阻力性能研究
刁峰;陈京普
为了设计出兼顾冰区航行性能与无冰水域航行性能的极地船型,采用CFD方法对某极地船舶在无冰水域航行的静水阻力进行了计算分析,并将计算结果与模型试验结果进行对比。同时,对极地船舶的船宽、首柱倾角和首部外飘角三个关键船型参数对静水阻力的影响进行了分析,结合极地船舶的冰阻力经验公式对...   详情>>
来源:《2015年船舶水动力学学术会议...》 2015年第期 作者:刁峰;陈京普
11.基于Derradji-Aouat海冰本构模型的船冰碰撞数值模拟
翟帅帅;高俊
海冰与结构物发生碰撞的过程中,其力学行为变化多样,基于实验数据建立的Derradji-Aouat海冰本构模型在一定程度上考虑了海冰的拉压强度不同、静水压力项、横观各向异性以及应变率效应等因素的影响,比传统的材料屈服理论有较好的适用性。采用非线性有限元法对船冰碰撞过程进行了数值模拟,并且对...   详情>>
来源:《船舶设计通讯》 2016年第S1期 作者:翟帅帅;高俊
12.某破冰船船体振动故障分析及排除
刘洪贺;洪哲
引起船体振动的原因很多,涉及到船机桨各方面因素,船体超标的振动危害很大,将引起船体共振、结构损坏、战技术指标下降等,文章分析、查找出引起船体超标振动的原因,并制定合理的修理方案排除故障。   详情>>
来源:《中国修船》 2012年第06期 作者:刘洪贺;洪哲
13.破冰船性能及设计经验述评
R.A.迪克 ;J....
本文应用现有破冰船的资料编成船舶性能设计特点的述评,其资料摘自最近完成的极地船舶技术状况回顾,它包括阿根廷、加拿大、丹麦、芬兰、日本、瑞典、英国、苏联、美国及西德等国的破冰船.本文的目的是为破冰船初步设计提供指导,并为设计者选择主尺度、船体形状,推进因素提供依据.   详情>>
来源:《船舶》 1993年第01期 作者:R.A.迪克 ;J....
第5章 各国极地破冰船及未来发展趋势
1.冰海先锋——破冰船的发展及船型特点浅析
杜朝平
2010年伊始,中国渤海和黄海海域出现了几十年不遇的千里冰封场面,海上航运、水产养殖、油气开采等海上生产活动受到严重影响,多艘船舶被困海上。灾情危急,海军立即出动"海冰"721号破冰船环黄渤海展开冰情调查和救援行动。此次渤海和黄海大结冰,使得平时较少有人关注的破冰船走进了更多人的视野...   详情>>
来源:《现代舰船》 2010年第04期 作者:杜朝平
2.世界各国打造破冰船争夺极地资源
健豪
<正>1月7日,中国极地破冰船和科考船"雪龙"号成功冲出厚重的密集浮冰区,胜利突围。与此同时,在这场被许多外媒称为"救援大戏"的极地营救活动中,各式各样的破冰船随之成为焦点。每当严寒来临,港湾和海面常会冰封,使航道阻塞。这时,作为开路先锋的破冰船就派上用场。目前,很多国家都装备有破冰船...   详情>>
来源:《西部资源》 2014年第02期 作者:健豪
3.全球大功率科考破冰船聚焦
秦琦
<正>今年初,中国科考船"雪龙"号成功营救出困在南极的俄罗斯极地科考船"绍卡利斯基院士"号,救援过程颇为艰险曲折。随着媒体报道的聚焦,极地科考破冰船再一次进入人们的视野。据美国海岸警卫队2013年6月的统计,目前功率在10000hp及以上的破冰船全球共服役78艘,在建4艘,计划建造13艘,总计95艘。...   详情>>
来源:《中国船检》 2014年第06期 作者:秦琦
4.新世纪的美国极地破冰船“希利”号
邱浩兴
<正> 美国海岸警卫队最新的极地破冰船“希利”号已于1997年11月15日在美国新奥尔良港外的埃文代尔工业造船厂下水,这是一个始于1991年的八年造船计划中的最新里程碑,其顶点将是1999年2月向海岸警卫队交付一艘不仅是海岸警卫队中技术最先进的船只,而且是美国科学团体中的一个世界级的研究设施...   详情>>
来源:《海洋世界》 1998年第03期 作者:邱浩兴
5.美国会研究部报告分析美国极地破冰船现代化问题
袁政英
<正>美国国会研究部2015年11月20日发表题为《美国海岸警卫队极地破冰船现代化:背与问题》的报告,全文51页。背景美国海岸警卫队的极地破冰船承担多项任务,维护美国在北极地区的利益。美国当前正在服役的极地破冰船队包括1艘"北极星"号重型极地破冰船和1艘   详情>>
来源:《防务视点》 2016年第02期 作者:袁政英
6.极地英豪 俄罗斯97系列破冰船工程设计
罗军
97系列"多布瑞亚·尼基季赫"港口破冰船是苏联时代建造的数量最多的一级常规动力破冰船,最初设计目的是满足苏联北冰洋几个冻港航行的需要,后来在基本型上陆续研制出多种亚型以适应巡逻、边防、水文调查和科研用途。从港口破冰到远洋拖船,圣彼得堡海军部造船厂在1959-1979年期间共建造了多达3...   详情>>
来源:《海陆空天惯性世界》 2010年第11期 作者:罗军
7.核动力破冰船概念设计研究
徐俊峰;邱金荣
由于极地战略地位的提升,南北极科学考察需要先进的破冰船,相对于常规动力破冰船,核动力破冰船具有续航能力强、破冰厚度大等优点。通过借鉴俄罗斯核动力破冰船发展经验,结合我国实际需求及综合设计建造能力,对我国未来核动力破冰船开展初步概念设计,重点研究破冰船的核动力装置,提出了我国核...   详情>>
来源:《中国核科学技术进展报告——...》 2009年第期 作者:徐俊峰;邱金荣
8.北极船舶研发最新动向
祁斌
<正>全球气候变暖导致了北极海域冰层的逐渐消失,但在无冰时代来临之前,油气公司不得不依赖于采用特殊设计的冰区加强型船舶以在北极或亚北极水域作业。此时,各种风险和隐患就将接踵而至。最大的挑战包括事故风险、生命危险和潜在的失控漏油等,尤其是冰雪覆盖区域。如壳牌公司,其在波弗特和楚...   详情>>
来源:《中国船检》 2013年第12期 作者:祁斌
9.未来破冰船幵发的技术标杆
秦琦
<正>随着北极航道通航条件的不断改善,全球对极地船舶的需求也越来越大,对未来极地船舶的性能要求也会越来越高。对于一艘功能强大的极地船舶来说,究竟拥有哪些功能才能成为未来船型开发的技术标杆呢?2014年5月,由Arctech赫尔辛基船厂为俄罗斯运输部建造的世界首艘倾斜式破冰船"Baltika"号正式...   详情>>
来源:《中国船检》 2014年第12期 作者:秦琦
价格:¥43.50

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