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。     

俄罗斯瓦尼诺港冰区航行探析

结合冬季指挥船舶过鞑靼海峡北航俄罗斯冰区的曲折经历,总结严重冰况下冰区航行的相关经验,提出相关注意事项,特别是对接近冰泥区域的船舶提出警示:对冰量逐渐增大的冰区航行,应果断舍弃传统的沿岸航行航法,注意及时提前跟代理索取Sea Ice Condition Chart,走推荐航路。并针对冰区船舶的系泊操作提出相关注意事项,供业界参考。     

美国海岸警卫队破冰船的三电平变频调速装置

ABB公司的DriveIT ACS 6000系列中压三电平变频驱动装置用于3-28 MVA电动机的转速和转矩控制,它采用了高效可靠的IGCT器件和直接转矩控制,在船舶工业应用中的一个实例是美国海岸警卫队的破冰船的2 x 3.35 MW主推进系统.     

重型破冰船电网架构研究

随着我国两极探索研究开发的需求增长，PC2级以上的重型破冰船开发研制已是极地战略的重要部分，配置极大功率、具有较大冗余度的推进系统是重型破冰船的一个显著特点。文中通过分析国外常规动力重型破冰船项目，发现采用电力推进系统已成为发展趋势，其综合电力系统总容量往往超过50 MW，配置多个主推进器，推进电机输出功率可达到20 MW，配置4台以上的原动机，单机功率可能超过10 MW。上述电力系统关键器件的容量等级在现有船舶上较少使用，且缺少国产配套。基于重型破冰船需求，通过分析电网电压等级，对发电机、推进电机及变频器选型等电力系统关键选型分析，结合国产配套情况，参考国外已有项目电网架构，该文提出一型重型破冰船电网架构，以方便开展后续船舶的研制工作。     

极地破冰船吊舱推进系统现状及发展

随着北极海冰的加速融化，北极航道的可利用程度不断增加。我国作为海洋大国及贸易大国，充分利用北极航道可以缓解我国海上运输的“马六甲困局”，保证我国战略物资的运输安全。开辟北极航道离不开极地破冰船的支持，吊舱推进系统是现代极地破冰船的关键装备，可充分发挥破冰船的破冰能力。在现有国际形势下，我国要建造极地破冰船，必须自主研制极地破冰船用的冰区吊舱推进系统。该文研究了吊舱推进器的发展历史及现状，重点分析了冰区吊舱推进系统的特点，总结了冰区吊舱推进系统研制的关键技术，阐述了冰区吊舱推进系统的发展趋势。研究发现冰区吊舱推进系统具有运行工况复杂、冰载荷多变、转矩过载倍数高和转速动态响应快等特点，相比于非冰区吊舱具有更高的技术门槛。纵观吊舱发展过程，我国应由专业的电气公司牵头，联合业内优势资源，突破关键技术，尽快推出产品并开展示范验证，从而支撑我国北极航道的开辟。     

艉部先行模式下船舶冰阻力试验预报方法研究

在双向航行极地船舶的基本设计与线型优化阶段，需要对艉部先行模式下的冰阻力进行可靠的试验预报。吊舱与螺旋桨对艉部船-冰作用存在影响，但现有试验规程尚未合理考虑在该影响下船舶冰阻力的变化。以中国双向航行极地科考船“雪龙2”号为原型开展冰水池模型试验，对艉部先行模式下连续破除平整冰的过程进行了模拟。通过水上-水下联合摄录设备观测了船尾前冰层的破坏现象，并描述了螺旋桨对艉部船-冰作用的影响；结合艉部先行试验数据，提出了艉部先行模式下确定冰阻力的推荐方法，为艉部先行模式下的船舶冰阻力试验预报提供指导。     

极地破冰科考船建造关键技术

为系统性解决未来中国极地船舶建造工艺瓶颈，该文总结了“雪龙2”号建造过程中“冰、寒、科考”的一系列工艺技术难题，从总装厂建造工艺出发，梳理了破冰结构建造、御寒技术设计及极地科考设备安装调试等方面的关键点，取得了极地破冰科考船建造关键技术的突破；提出了结构建造技术优化、防寒系统设计等方面要点；初步构建起面向极地破冰科考船全寿命周期的精细化建造工艺技术体系，并就重型破冰船开展了建造技术预研攻关，提出了下一步研究方向。     

中国极地科考破冰船航行实践和未来极地船型发展建议

随着世界各国对于南北两极地区资源与权益活动的争夺进一步升温，极地越发成为关注热点。中国“十四五规划”及国家新的极地战略方针，对新的极地装备提出了迫切需求。文中介绍了“雪龙”号和“雪龙2”号极地科考破冰船近几年的航行情况，并结合我国南北极考察使用需求，提出了我国亟须建设极地重型破冰船的迫切要求；同时选取国外典型极地重型破冰船，分析了最新动力推进系统配置特点，提出对我国重型破冰船的破冰能力、防寒能力及动力形式建设的建议。     

破冰船首部与侧部接触加载工况下海冰弯曲破碎过程

在破冰船对海冰接触加载过程中，海冰会发生以径向和环向开裂为表现形式的弯曲破碎过程。海冰首先径向开裂再环向开裂的弯曲破碎过程与海冰首先环向开裂的弯曲破碎过程将导致不同的冰载荷，因此，明确不同接触加载工况下的海冰弯曲破碎过程是理论计算冰载荷的前提条件。文章针对破冰船首部与海冰直线边界接触加载、破冰船首部与海冰凹进边界接触加载，以及船侧部与海冰直线边界接触加载这3类工况，采用弹性地基薄板理论，对控制方程进行归一化处理，并通过有限元法求解归一化控制方程，分析不同工况参数下的海冰弯曲破碎过程，得到上述3类工况下的海冰弯曲破碎过程判断依据。分析结果表明：当船体与海冰接触区域尺寸较大且冰厚较小易发生先环向开裂的弯曲破碎过程，反之则易发生先径向开裂再环向开裂的弯曲破碎过程。     

基于断裂力学的破冰船结构疲劳损伤评估方法

在极地恶劣的低温环境及冰载荷冲击下，破冰船结构的表面裂纹呈现出不同于常规水面船舶的疲劳裂纹扩展特性。以“雪龙2”号破冰船首部结构为例，基于断裂力学方法开展破冰船结构节点处的疲劳裂纹扩展研究。首先基于焊接节点处应力强度因子的理论解，对表面裂纹扩展方法进行验证；然后通过整体-局部耦合分析方法提取典型疲劳节点处的结构子模型。基于低温下材料的Paris参数和结构裂纹扩展模拟方法进行裂纹扩展分析。还讨论了初始裂纹尺寸和低温下材料的Paris参数对结构裂纹扩展的影响。结果表明，破冰船典型结构节点处的裂纹扩展对初始裂纹尺寸和温度较为敏感。