重型破冰船设计方案分析与综合评估探讨

重型破冰船是各国落实极地战略的重要依托装备,平台方案的大型化使得重型破冰船通常不仅具有较强的破冰或海冰管理能力,还兼顾执行引航拖带、调查测量、救援救助等多重任务。为更好地开展重型破冰船的方案论证和多方案寻优,本文通过构建重型破冰船总体技术方案的综合评估方法,基于国外重型破冰船使命任务与对应总体技术方案的分析,探讨评估流程以及具体评分方法的合理性。评估结果直观给出各国重型破冰船的综合能力量化比较,体现了不同国家重型破冰船的设计理念差异。研究结论可作为进一步开展标准化评估方法研究的基础,从而支撑重型破冰船自主设计技术方案的多视角论证和方案比较。     

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.     

破冰船冰阻力估算方法研究

北极航道的季节性通航、蕴藏的丰富矿物资源以及极地科考活动的不断升温,极大地促进了破冰船的开发、建造和使用。在初步设计阶段,作为重要性能指标的冰阻力,目前国际上还没有一套标准的、可靠的快速预报方法。文章以江南造船(集团)公司承建的某型极地破冰船为研究对象,采用经验公式法(Lindqvist公式和Riska公式)计算了该船的冰阻力,通过对冰材料属性、经验公式与冰池试验误差分析、经验公式适用性、影响冰阻的船体几何参数等方面的研究,旨在为破冰船的初步设计提供参考和借鉴。     

新建极地科学考察破冰船的推进方式

极地科学考察破冰船主要承担执行极地科学考察和部分物资补给运输任务,首要功能是破碎水面冰层、开辟航道。船舶的破冰能力主要取决于船型设计、破冰方法以及推进方案等,其中影响船舶破冰方式和破冰能力的最关键因素是推进方案。在基本确定电力推进的基础上,研究比较不同电力推进方式在破冰船上应用的优缺点,并对新建极地科学考察破冰船的推进系统方案进行介绍。     

核动力破冰船总体技术特征对比分析

核动力破冰船由于其强大的破冰能力和持久的续航力一直是俄罗斯保障北部地区能源和物资供给、实现北极战略的重要技术装备.论文分析了核动力破冰船的船体参数、船型特征以及螺旋桨设计特点,对其典型核动力装置、备用动力、推进装置、电力系统以及总布置规划进行了简要概述,对比分析了其优缺点.归纳总结了核动力破冰船总体设计的发展方向,为我...     

不同船艏类型破冰模式差异的数值预报分析

船艏形状是决定破冰船破冰性能的关键要素之一.为了探究不同船艏型线特征对破冰船破冰性能的影响,本文采用常规型近场动力学方法建立了平整冰层的无网格数值模型,提出了一种基于几何数学概念用于解决冰粒子与船体碰撞问题的接触检测算法,最后应用消息传递接口(MPI)并行技术搭建了破冰船破冰过程的数值预报方法,并在FORTRAN语言环境下编写了相关计算程序.基于该仿真程序,分别预报了传统型破冰船艏形状和非传统型破冰船艏形状连续冲破平整冰层的过程,并对传统型破冰船艏的计算结果与试验结果进行了比较,验证了本文所搭建的模型的准确性.对比了两种不同船艏破冰船的破冰模式和破冰载荷特征,分析了两种破冰船艏形状各自的优缺点.本文进行的研究对于破冰船的设计具有一定的工程参考价值.     

确定旋转吊内河航标船主要要素的探讨

本文通过对具有旋转吊内河航标工作船主要要素进行分析，给出了在初步设计阶段确定主要要素的方法，为设计人员提供了有益的参考。     

极地重型破冰船结构设计特点浅析

极地重型破冰船是极地航路开辟、救援支援、科学考察及资源开发的重点保障装备。与中低冰级极地船型/破冰船相比，由于其高冰载荷作用环境特点，该船型在高强度钢/特种材料应用、冰载荷作用下结构安全评估以及船体结构布置设计等方面有其鲜明特征，需予以重点考虑，不可武断地沿用以往针对中低冰级极地船型的结构设计经验。该文以某型PC2级极地重型破冰船型为例，总结其结构设计/评估经验，重点就冰区构件高强度结构钢应用、冰区外板复合钢板应用需求与特点、非线性评估技术应用对冰区构件尺度影响、冰致剪力/弯矩分布特点及其对主船体内部平台、桥楼侧壁等非冰带区构件设计影响展开讨论，阐明此类船型结构设计特点及其与中低冰级极地船型/破冰船在整体结构布置思路、冰区结构设计评估方面的主要区别。文中认为：随着冰级的升高，冰载荷的影响已不仅仅局限于冰区外板及其附连构件区域，在冰区构件材料选型及整船全局性结构布置、设计等方面也会产生重大影响。     

破冰船减摇水舱设计

减摇水舱是一种常用的船舶减摇装置,设计时首先要考虑与船体的适配,再尽可能增大减摇水舱的工作频段,以期保证减摇水舱在各种工况下的减摇效果。以某破冰船为例,梳理了该船减摇水舱的设计过程,首先提出减摇水舱的初步方案,再通过理论计算和模型试验,验证和优化减摇水舱的设计,进而指出了破冰船减摇水舱与一般船舶的差异,需注意破冰船舷侧大尺寸结构件对减摇水舱减摇效果的影响以及设计建议。     

ABB为我国自主建造的第一艘极地科考破冰船提供电力推进系统

正全球领先的电力和自动化技术集团ABB与中国极地研究中心达成协议,将为我国建造的第一艘极地科学考察破冰船提供两台Azipod~(?)破冰型吊舱推进系统(图1),为新建破冰船提供强大动力的同时全面提升其节能性和操控性,支持我国在极地开展科学考察事业。这艘新建的多功能科考破冰船设计排水量为13 000吨级,具     

国外极地破冰船吊舱推进系统发展研究

不断上升的全球气温导致两级冰层加速消融,南北两级的战略价值也日益凸显。推进系统作为极地破冰船核心装备之一,对于提升破冰船的破冰性能和航行能力至关重要。本文介绍影响破冰船航行的极地环境条件,分析不同国家破冰船的分类及特征,总结破冰船吊舱推进系统的发展及特点,展望吊舱推进系统在破冰船领域的应用前景,为我国新型破冰船推进方案的选取提供思路和参考。     

极地破冰船动稳性敏感度分析

船舶动稳性性能对于确保恶劣海况下的航行安全具有重要意义。我国的极地破冰船需要经过较长航程的敞水航行才能顺利到达极地冰区,为了评估极地破冰船型在敞水中动稳性的安全水平并为未来新船型的开发积累经验,采用国际海事组织(IMO)第二代完整稳性衡准中的薄弱性衡准方法对两个不同尺度的概念设计方案分别开展了动稳性敏感性评估。研究表明,现有概念设计方案对于参数横摇和过度加速度失效模式表现出了一定的敏感性。通过分析诱发敏感性的船型设计参数,指出了未来开展进一步优化研究的方向。     

冰载荷冲击下的推进轴系扭振特性影响分析

以某破冰船电力推进轴系为研究对象,建立轴系扭转振动集总参数模型及边界条件分析,采用时域方法,分别对常规推进轴系及冰载荷作用下的推进轴系的扭振特性进行对比分析,说明冰载荷对轴系扭振特性的影响十分强烈,需要进行重点关注;同时,对构成轴系的主要部件中的联轴器刚度、离合器惯量等进行轴系扭振敏感性分析,获得轴系主要部件性能参数对轴系扭转振动特性影响情况的普遍规律,用于指导轴系设备设计和选型。文章对破冰船轴系设计具有一定的指导意义。     

破冰船冲破冰层的有限元数值仿真研究

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冰船破冰能力的影响。     

极地海冰环境分析

随着新极地科考破冰船的设计建造以及人们对北极航道的关注不断升温,极地海冰环境分析与跟踪显得非常必要。文章对该类船舶营运区域的海冰环境、船级社冰级定义以及风险评论进行分析,指出其中的关键要素,可为极地船舶设计提供参考。     

破冰船动力系统及主推进器发展现状

针对海洋科考、极地航道、极地资源探索等重要的国家需求,破冰船对于我国极地方针的重要性日益突显.通过搜集、整理、分析世界主要破冰船数据,按照注册冰级对现有破冰船进行分级,阐述世界各国破冰船发展规模,并对各类推进系统及主推进器在破冰船上的应用现状和特点进行分析和总结,以期为我国自主研发破冰船推进方案的选取提供参考.     

吊舱推进破冰船的艉部型线初步设计

根据吊舱推进破冰船的破冰作业和推进器布置需求,分析了该类船舶的艉部型线特征,即：艉部较宽,型深和干舷较大;剖面呈V型;纵向平缓变化的船底;轻载水线以上的水线面形状丰满。并通过示例,说明了基于型线特征的参数选取在型线初步设计中的应用及其对破冰作业的影响。     

冰区加强型桨毂调距机构的设计

调距桨装置是破冰船常用的推进型式,国内以往并无破冰船调距桨装置的设计经验,技术储备很少。本文针对某型按照DNV规范PC-5级设计的破冰船用调距桨装置,分析了冰区加强型桨毂调距机构毂径比的确定原则、冰载施加方法、调距机构强度计算部位和要求、优化设计、材料选用原则等,对类似的冰区加强型桨毂调距机构设计提供了有益参考。     

破冰船柴电混合动力系统优化设计及敏感性分析

[目的]针对极地破冰船的经济性和环保性要求,提出由柴油发电机组和储能电池组成的破冰船柴电混合动力系统。[方法]首先,基于冰载荷变化等级建立阻力模型,并采用反向建模法建立柴电混合动力系统的能量流模型;然后,以破冰船的年油耗量和生命周期总成本为优化目标,采用快速非支配排序遗传优化算法(NSGA-II)对动力系统设计参数进行优化,并基于优劣解距离法(TOPSIS)得到最优设计方案;最后,开展优化目标对7个设计参数的敏感性分析。[结果]仿真结果表明,柴电混合动力系统的最优设计方案比传统柴电推进系统节约了1.89%油耗,且纯电航行总里程占比为31.22%,但储能电池的引入降低了系统经济性。参数敏感性分析结果表明,2个优化目标对主机容量、电池组数量、电池荷电状态边界的敏感度较高,而对减速器减速比、电机转子体积和螺旋桨尺寸则相对不敏感。[结论]研究成果可为破冰船及柴电混合动力船舶的参数设计提供参考。     

层次分析法在大型水面舰船船型多方案优选中的应用

将定性分析与定量分析相结合的层次分析法，应用于解决大型水面舰船船型优选排序这一多方案多目标的决策问题。解决分析及计算实例表明，层次分析法具有科学、省时、省力、实用的特点，适于对多方案、多目标的复杂系统作定量分析，是船型论证和船舶初步设计进行船型优选决策，以确定船舶主尺度要素的有效方法。