极地战略 船舶先行

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。     

极地船舶机电设备标准现状分析及发展建议

极地环境会对船舶机电设备的外加载荷、材料属性、工作方式和维护保养等产生影响,从而对其设计、可靠性、使用和维护等提出了更苛刻的要求。从建立极地特殊环境条件下船舶机电设备标准需求出发,对国内外相关标准规范进行现状分析和梳理总结,并在此基础上提出我国极地船舶机电设备标准化发展建议,为我国极地船舶机电设备标准建设提供参考。     

极地航行船舶轮机管理要点探析

随着全球变暖和北极海冰快速减少,国际航运界正在积极开发北极航线。但同时,极地航行的环境、航道条件非常恶劣,船舶轮机管理者面临着极大的困难和挑战。通过分析极地航行的特点以及因此导致的极地船舶动力装置的特殊设计,归纳总结极地航行船舶动力装置的管理要点,以期为极地航行船舶的轮机管理提供参考,并最终实现船舶在极地水域的安全航行。     

极地船舶规范及其主要技术发展

通过梳理极地船舶国际公约、规范技术现状,分析中国船级社建立的极地航行船舶规范特点,并结合我国极地战略及发展需求,总结未来极地船舶规范的技术发展趋势。针对极地船舶破冰技术、防寒技术和航行及保障技术等重要关键技术问题,从船舶结构冰载荷技术、冰载荷作用下的结构强度计算、冰载荷激励下螺旋桨和轴系强度、极地船舶防寒设计与低温试验验证、极地操作能力评估和冰区操作船体监测技术等方面进行阐述,提出了发展建议,为未来我国极地船舶规范体系的自主构建提供技术支持。     

极地船舶冰区航行性能的试验预报技术发展现状

对于极地船舶而言,其设计建造必须依据先验性的冰区航行安全性能认识,而目前国际上可以借鉴的实船航行经验极度匮乏,这就必须借助有效可靠的预报方法。当前海冰力学与工程学的发展仍处于机理性探索阶段,因此,在理论方法与数值模拟上尚难以形成对冰区航行性能进行可靠预报的方法。据此,国际学术界和工程界已形成共识,冰水池模型试验是当前预报与评估船舶冰区航行性能的唯一可靠途径。文中从阻力、快速性与操纵性3个方面,对极地船舶冰区航行性能的试验预报技术发展现状进行介绍,并对其中的关键技术进行梳理,以期为业界充分了解冰水池试验测试技术提供借鉴。     

极地船舶核心关键基础技术现状及我国发展对策

极地具有气候环境极端恶劣、海气交换强烈、湿度很大等特点,在此航行（或冰区航行）的船舶和海洋平台结构表面极易形成覆冰,它不仅影响设备操作,更直接威胁到船舶和海洋平台的安全。对国内外极地航行船舶及海洋平台防冰和除冰技术的现状进行综述。首先,介绍覆冰对极地航行船舶及海洋平台不同部位的影响和危害程度。然后,归纳和分析国内外现有防冰和除冰方法与技术,包括电加热、红外线、超声导波等主动除冰方法,以及超疏水涂层、牺牲性涂层、水润滑涂层以及低交联度界面滑移涂层等被动除冰方法。最后,总结现有防冰和除冰技术在极地航行船舶及海洋平台上的适用性及优缺点,为极地航行船舶及海洋平台的防除冰设计提供参考。     

极地冰区船舶发展分析

分析了极地冰区船舶发展的背景,对极地航道、资源开发等因素等进行论述,认为发展极地冰区船舶是未来船舶行业发展的重要方向。研究了与极地航行船舶相关的规范、规则的发展情况,认为规范和规则对极地冰区船舶的运行安全和减少排放等要求日趋严格,各船级社对极地船舶的设计要求和验证方法逐渐统一。介绍了当今世界主要的破冰船船型及动力系统,并对极地冰区船舶的发展特点进行分析。     

极地航行船舶电气设计和设备配置特殊性研究

从极地航行船舶所在的环境状况入手,分析了低温、冰况、船上结冰、高纬度、极昼极夜对船舶航行安全和使用造成的影响,提出相应的应对方案和措施来减少和消除由此带来的影响,研究极地船舶在电气设计和设备配置的特殊性,对极地航行船舶电气设计具有一定的指导作用.     

极地航行船舶电气设计和设备配置特殊性研究

从极地航行船舶所在的环境状况入手,分析了低温、冰况、船上结冰、高纬度、极昼极夜对船舶航行安全和使用造成的影响,提出相应的应对方案和措施来减少和消除由此带来的影响,研究极地船舶在电气设计和设备配置的特殊性,对极地航行船舶电气设计具有一定的指导作用。     

极地船舶核心关键基础技术现状及我国发展对策

  目的  旨在分析极地低气温环境温度及压载水容量对极地船舶压载舱温度场分布的影响。  方法  采用流体体积法（VOF）模型模拟气−液两相,标准k-ε湍流模型模拟流体运动,建立极地船舶压载舱热传递的数值分析模型,分析低气温条件下压载舱温度场的动态变化过程,揭示多环境温度和多装载高度对压载舱温度场的影响机制。  结果  随着热传递的持续发生,舷侧压载舱水线以上区域的温度快速下降,降温区分别沿横向向舱内延伸和沿舱壁向下延伸;当压载水较多时,由于水的热容大,舱室温度场相对稳定,但空气热容低、温度场变化大,易出现气旋并进一步影响计算域的温度场分布;在相同压载水容量条件下,外界环境温度越低,内外温差越大,热交换越剧烈,压载舱温度变化越迅速。  结论  采用VOF两相流模型和标准k-ε湍流模型可以较好地揭示极地低气温环境下压载舱温度场的时空演化特征,分析内、外部热边界条件变化对压载舱温度场变化的影响,可为极地船舶压载舱防寒/防冻结提供必要的技术参考。     

不同海冰失效模式下极地船舶冰载荷计算分析

基于700TEU极地PC5级多用途集装箱船,应用冰载荷解析算法,分别计算分析2种主要的海冰失效模式下,航速、冰厚对船体首部区域冰载荷影响,拟合得出它们之间的量化关系曲线。结果表明:不同的海冰失效模式下,航速、冰厚与船体首部区域冰载荷的量化关系有显著区别;2种主要的海冰失效模式将随层冰厚度、航速变化而发生转变。     

极地船舶冰带区域关键节点研究

结合某极地物探船的舷侧结构和冰载荷的作用特点,选取艏部冰带区域的4类典型节点,分别研究各节点的不同形式和设计尺寸.在局部有限元模型中逐步添加8种形式的节点子模型,通过比较各种节点在冰载荷作用下的结构响应,筛选出最优的节点形式,同时完成冰带区域结构强度分析.研究成果可供其他极地船舶冰带区域关键节点的设计与建造参考.     

极地油船结构增重及其对经济性的影响

以某型满足PC4级的11万吨级极地航行原油船为研究对象,在分析冰区设计载荷的基础上,分别采用规范计算法和直接计算法对冰带区结构进行强度评估,并分析冰区结构质量增加情况.在此基础上,探索性研究PC1～PC7冰级对冰带区结构质量的影响,以及结构增重对船舶经济性的影响.研究成果可供极地船舶设计参考.     

航道碎冰条件下极地船舶冰压力分布特性

[目的]为研究船舶与碎冰作用过程中船体冰压力的分布情况,对航道碎冰条件下的极地船舶进行数值模拟分析。[方法]采用离散元法（DEM）对船舶与碎冰进行建模,假设碎冰是由理想的二维圆盘构成,并考虑海流对碎冰单元的浮力、拖曳力及附加质量的影响;利用MT Uikku号冰水池模型试验结果对数值模型进行验证,对比分析不同航速和冰况对船体区域冰压力的影响。[结果]结果显示,当船舶在航道碎冰中运动时,冰载荷主要集中在船首;船首区域的冰压力随冰厚、航速和碎冰密集度的增加而增大,其中冰厚是影响冰压力幅值最大的因素;碎冰区航行船舶的首部区域冰压力影响最大,船首过渡区冰压力影响显著。[结论]所提数值分析方法可为极地船舶安全航行和结构设计提供一定的参考。     

极地船舶冰载荷直接计算及结构强度评估

关于设计冰载荷的计算,目前各大船级社略有所不同,存在着几个独立计算体系,而对于船舶在冰载荷作用下的有限元直接计算,各大船级规范中没有给出说明,也几乎都没给出相关指导文件,本论文根据一艘极地原油船项目,送审DNV-GL船级社,与其交流沟通送审过程中,整理出一条关于极地船舶冰载荷直接计算的方法,并得到船级社的认可。     

基于抗冰性能的极地船舶首部优化设计研究

船舶的参数化建模理论在船舶性能优化中起主要作用.为使破冰船的抗冰性能达到最优,本文对海冰的特性进行研究,选取合适的海冰物性参数,参数化构建破冰船首部形式,基于结构规范完成目标函数评估,通过智能优化算法建立优化模型.利用参数化建模方法,可以在保证首部光顺的前提下进行自由变形,提高破冰船的抗冰性能,最终得到极地船舶首部的最优设计方案.本文将船舶抗冰性能评估与最优化理论有效地耦合到船舶型线优化设计之中,建立以性能驱动设计的船型逆向设计新模式,为极地船舶型线优化设计研究提供了一定的理论指导与参考价值.     

极地船轴系的强度设计分析

极地船舶的开发是我国极地战略目标的重要支撑部分,而船舶的动力心脏——推进系统的强度设计因极地冰区的多工况航行变得更为复杂。为保证船舶在极地航行的可靠性和安全性,该文介绍了DNV船级社关于极地船轴系强度的基本设计理念和相应的规范要求。关于冰载激励对推进系统设备的影响,DNV基于其经验推荐了1种考虑柴油机气缸激励和冰载激励相位角的数字解决方案。文中应用DNV开发的Nauticus Machinery软件对某PC4级别的冰区船舶轴系分别进行了时域和频域扭振计算,然后采用Palmgren-Miner线性累积疲劳方法进行了该轴系尺寸的合规性分析,并对时域分析结果和频域分析结果进行了比较。针对极区船推进轴系的强度设计,文章提出了1种迭代方案来进行轴系的尺寸设计及优化。