极区航行测罗经差方法探讨

针对极区特高纬度航行的特点,分析了常用的几种测定罗经差方法,指出其中有些方法已不适用.认为天测罗经差计算法适合于极区航行测罗经差,并根据太阳低高度中天特性导出简便易用的测罗经差方法,该方法对航海人员快速准确测定罗经差有利用价值.     

“永盛”轮北极东北航道商业航行实践

继2013年8月首航北极东北航道后,中远航运旗下"永盛"轮于2015年夏天再次出征北极东北航道,并首次实现往返航行。北极东北航道的探索性商业航行,不仅为极区航行船舶操纵和管理积累了宝贵的经验,还为极区船舶的设计和建造提供了参考,为最终实现中国商船北极航行常态化创造条件。青岛远洋船员职业学院张晓教授作为航海领域专家参加了本次往返航行的西行航次,本刊编辑部特邀请张晓老师撰文介绍"永盛"轮此次北极航行的准备和实施情况,并对北极东北航道航海资料的可信度、极区气象冰情预报的准确性、极区通导设备的误差及可用性、极区船舶遇险搜救能力等关键问题进行分析,供航运界参考。     

冰区船舶模拟航行设计与自动评估方案

冰区航行模拟器的研发需要完整的需求方案,而国内具有丰富的极区水域航行经验的人员较少,业内无系统且全面的冰区航行模拟器研发需求方案可供参考。在分析《海员培训、发证和值班标准国际公约》(International Convention on Standarks Training, Certification and Watchkeeping for Seafarers, STCW)、《国际极地水域营运船舶规则》和国际海事组织(International Maritime Organization, IMO)示范课程等资料的基础上,借鉴冰区水域船舶事故类型特点、国外冰区航行培训经验和中国极地考察船航行经验,通过凝练极区水域基本培训模拟器强化训练的内容,设计典型模拟航行任务及相应的模拟场景,初拟冰区模拟航行的组织方法,构建关键评估指标和智能评估方法,为冰区航行模拟器的研发和相应的训练提供完整方案。该方案可作为极地船舶航行实训和评估指南,供海事主管机关、航海院校和航运公司参考。     

极地通信导航及探冰设备现状与发展

极地通信导航能力是船舶实现极区科考及安全航行的基础保障，目前国内对极区通信导航理论层面的研究较多，有关惯性导航坐标系编排、卫星导航极区可用性和多传感器组合导航等方面均有大量资料可供参考，但现阶段国产极地通导及探冰设备在极区高纬度航行工程应用尚存在空白。为从系统层级解决设备在极区的工程应用问题，该文结合理论分析极区环境的特殊性、船基座方式对通导探设备性能的影响，对探冰雷达、惯性导航、卫星导航、电子海图及卫星通信等设备在极区的研究现状进行了全面梳理，研究通导探冰设备设计思路，探讨了国内通导及探冰设备后续研发方向。     

极区航海导航与定位保障技术发展综述

航海导航系统是各类军民海洋运载器实现极区顺利到达以及极区安全航行的先决条件。然而,南北极区特殊环境造成航海导航系统性能下降甚至无法应用。为从根源上认知航海导航系统极区的应用问题,在系统阐述海洋运载器导航系统极区应用发展史的基础上,从地球运动学、地球物理场、海洋环境和地理环境4个方面,全面分析极区特殊环境对海洋运载器主要导航系统的影响,并通过极区航海导航系统的研究现状及未来趋势的展望,为极区航海导航技术及未来发展提供有益参考。     

极区航行的船员资质要求及培训建议

针对国际海事组织以及环北冰洋如加拿大、俄罗斯等国家颁布或实施的一些相关规则,分析冰区航行船员适任资质的要求,船员必须具有相应时间的冰区航行经验或者需要进行冰区航行培训取得资质证明,最后分析中国极区航行培训现状并提出建议。     

水下航行器极区内对准以及格网导航技术

为克服水下航行器在极区航行时地理经线收敛导致的航向角定义失效、定位计算失效等问题,设计了格网惯性导航算法编排方案,以直接获得格网航向,并采用ECEF位置坐标代替传统经纬度进行水下航行器定位。对格网惯性导航的误差进行建模,并据此设计了格网惯导系统的"速度匹配"传递对准算法,以满足水下航行器在极区的对准需求。仿真结果表明,在格网惯性导航下,采用高精度惯性器件,15 min内水平姿态角误差小于0.5′,方位姿态角误差小于0.2′,水平速度误差小于0.5 m/s,ECEF坐标系下的位置误差全程小于200 m;应用"速度匹配"传递对准算法,水平失准角在10 s内即可收敛到1.5′以内,同时,加速对方位失准角有激励作用,30 s内方位对准精度在4′以内。     

基于横向地球坐标的惯性导航系统研究

针对传统惯导在极区不适用的问题,文中建立了基于横向地球坐标的惯导机械编排,据此建立了基于横向地球坐标的惯性导航系统误差模型.以某型船舶为例,通过系统性能的静基座、动基座仿真分析,研究了系统在极区的适用性.在动基座仿真分析中,为船舶规划了一条穿越北极点的航迹,模拟了船舶的复杂运动状态.仿真结果表明,基于横向地球坐标的惯性导航系统克服了传统惯导不适用于极区的问题,还可以为极区航行的船舶提供高精度的伪姿态、伪位置信息.     

破冰船舵设备载荷计算方法

随着全球变暖,冰川消融,极区通航不仅为极区能源开采带来了极大便利,同时大大缩短了欧美与亚洲的航线距离。冰区航行中的船舶安全逐渐成为船舶设计建造时需首要考虑的因素。本文根据极地船舶航行特点,结合国内外行业规范对冰区船舶舵系设备的相关要求及载荷计算方法,运用冰/水动力学理论,研究舵系设备在冰带作用下的载荷算法,并运用有限元法对比了冰区与常规海况下舵设备的结构响应差异,可为实际冰区舵系设备的设计提供一定参考。     

船舶极区格网惯性导航中航行路径校正方法

船舶一旦进入极地地区,惯性导航系统就会失去效用,易导致航行路径偏离既定的航线。为此,设计一种极区格网惯性导航中航行路径校正方法。该方法分为两部分,第一部分通过格网北建立格网坐标系,第二部分以格网坐标系作为基准,建立惯性导航误差方程,并通过四元数法进行求解,得到船舶航行路径偏移误差值,以此驱使船舶回归既定航行路径。实验结果表明,应用该方法后,校正后的路径与原始既定航行路径之间的拟合优度接近于1,证明该方法有效。     

《极地规则》与北极俄罗斯沿岸水域的制度安排

由于全球气候变暖,夏秋季节北极部分区域已成为少冰或无冰的可航水域,且持续时间逐年增加,使北极区域船舶航行、海洋工程、科学考察、极区旅游具备了较好的条件,北极区域的新航路逐步成为跨洲际海上贸易便捷、经济、安全的新通道。     

能见度不良情况下长江航行对策研究

由于航行中能见度迅速下降等原因,能见度不良下的长江航行也时有发生。因此,如何根据长江能见度不良的特点研究制定有效的航行安全对策,成了航海人员面临的不可回避的问题。本文依据几次能见度不良下的长江航行经历,对长江能见度不良情况下的特点及航行安全对策做了总结。虽然仅涉及江阴水道以下航段,但对于整个长江航行有很强的借鉴意义。     

极地科考船全回转推进器受损原因及预防措施

为降低带有全回转推进器和动力定位(DP)功能的船舶在极区航行时的风险,分析某科学考察船在极地作业过程中螺旋桨受损的实际案例,结合后期管理效果,提出以下措施:加强值班瞭望;及时取消DP功能,恢复手动操纵;单车受损时,利用推进器的"悬停"功能克服水涡轮作用于螺旋桨上的力以保持螺旋桨相对平稳,减轻振动。在两极海域航行的船舶应充分考虑极地条件的特殊性,对可能遇到的问题做好预案,确保船舶的安全和科考作业的顺利完成。     

受限水域船舶安全航行要素分析——以“长赐轮”搁浅事件为例

大型船舶在受限水域内航行,周围的安全物理空间小,加上受浅水效应、岸壁效应和船吸效应等影响,其操控性能会显著下降,同时驾引人员的工作压力和疲劳程度也会明显增大,这些不利因素都极易导致航行事故发生。以"长赐"轮搁浅事件为例,分析事故发生原因,进而对受限水域影响船舶安全航行的要素进行分析,供驾引人员参考。     

“雪龙2”号极地科考破冰船在沪下水

正2018年9月10日,我国首艘自主建造的极地科考破冰船"雪龙2"号在上海命名下水。其船长122.5米,宽22.3米,7.85米,排水量约13 990吨,自持力60天,载员90人,能以2～3节的航速在冰厚1.5米+0.2米雪的环境中连续破冰航行,满足无限航区要求,具备全球航行能力。"雪龙2"号采用国际先进的船艏船艉双向破冰船型设计,并具备全回转电力推进功能和冲撞破冰能力,可实现极区原地360°自由转动,并可突破极区20米当年冰冰脊,船舶机动能力比"雪龙"号大幅提升。     

国内外极地海冰业务化预报系统概述

在全球气候变暖和北极海冰快速减少背景下，极地海冰预报发挥着越来越重要的作用。提高极地海冰预报能力是极区船只航行以及极区能源开发与保护等许多领域和方面的重要保障。近年来，各国发展并建立极地海冰预报系统，极地海冰业务化预报取得了显著进展。通过对海冰数值动力模拟进行模型开发、检验和验证，使模式结果不断向观测值靠拢，以实现灵活、强大的海冰模拟的目标，提高对极地海冰演化的预测。我国的极地海冰业务化预报系统在准实时同化海冰密集度和海冰厚度的基础上，实现了卫星观测海洋表面温度数据的融合，解决了极区观测变量数据同化技术中海冰-海洋界面物质和能量的协同调整的难题，为极地科考和商业航行提供更精细化、更准确的海冰预报服务能力。文中简要介绍国内外极地海冰业务化预报系统的现状，并展望了未来发展的难点与问题。     

船舶冰区航行作业纪实及注意事项

世界部分区域和港口的冰冻现象给船舶进出和作业造成严重影响,船舶冰区航行作业将面临船员自身安全、压载水排放、螺旋桨保护、船体受损、设备受高寒无法运转、货物装卸无法按计划进行等多方面考验,需要航海人员严格遵守冰区航行的相关规定,充分吸取前人的经验教训并不断积累。以J轮冰区航行作业实践为例,对船舶在冰区航行的准备工作及注意事项加以总结,以期对冬季船舶防冰、抗冰工作提供帮助和参考。     

极区船舶冰带构件极限载荷评估

弹性设计准则下,极区船舶通常需要过度的结构加强以确保航行安全。若采用极限载荷设计准则,考虑结构的塑性承载能力,利用一部分屈服点之后的强度储备,则能大大减轻结构重量。本文以中国船舶及海洋工程设计研究院（MARIC）研发的某20000吨级PC5级极地多用途运输船为目标船型,基于IACS URI规范关于冰载荷及相应计算工况的要求,进行了非线性有限元分析。基于计算结果,工程计算推荐100mm×100mm的网格尺寸,材料定义推荐使用理想弹塑性材料。通过对比不同极限载荷准则,认为两倍弹性斜率准则相对更适用于船舶构件。研究成果可为极区船舶结构的设计与强度验证提供参考。     

运用“良好船艺”安全驾引船舶进出天津港主航道

随着天津港主航道通航标准的提高，通航环境得到极大改善，但同时主航道上航行船舶的密度大量增加，航行过程中面临更多的“对驶”、“追越”等局面。因此，驾引人员应按照《避碰规则》和港章的规定，采用“良好船艺”安全操纵船舶。     

基于船基海冰参数现场测量的极区船舶结构冰激疲劳损伤分析

论文建立了一种极区船舶结构冰激疲劳评估方法。基于极地科学考察船在北极现场的测量数据，分析得到海冰的统计特性；由冰厚和航速的联合概率分布，得到极区环境航行的典型工况。采用离散元方法建立船-冰作用模型，获取不同工况下船首局部区域的冰载荷分布。将局部冰载荷施加在船首有限元模型的对应区域，采用插值方法计算热点区域应力幅值和循环次数。根据累积疲劳损伤理论，将各工况的疲劳损伤叠加，得到总损伤。为验证该方法的准确性，将船舶结构冰激疲劳寿命计算结果与英国劳氏船级社规范进行了对比分析。结果表明，该方法可很好地应用于极区船舶结构冰激疲劳设计。