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。

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。

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。

不同螺旋桨配置对重型破冰船推力的影响分析

为了对比分析不同螺旋桨配置对重型破冰船推力的影响,本文基于已有重型破冰船螺旋桨布置方案,针对3种重型破冰船主参数方案分别提出了两桨以及功率比为1∶1∶1和1∶2∶1的三桨布置方案,并以常规螺旋桨的系柱状态替代破冰船破冰工况,计算不同螺旋桨直径、桨叶、螺距、布置以及功率分配下考虑和不考虑空泡的正车系柱推力,对比分析计算结果得出:考虑空泡时系柱推力平均降低11%,螺旋桨最大直径下三桨功率分配为1∶2∶1时正车系柱推力降低最严重;重型破冰船在螺旋桨最大直径下三桨功率分配为1∶1∶1时正车系柱推力最大。

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。

中国极地破冰船总体与结构设计技术现状与展望

本文基于近年来国内预研、设计或改造、建造的多型极地破冰船,提取总体和结构设计关键技术,简要介绍了适用于我国国情的不同等级极地破冰船的总体船型、推进系统、防寒系统设计及结构冰载荷模拟、冰带构件优化设计等方面研究内容。对我国此类船型研发的特点和难点作扼要说明,着重介绍了国内相关设计关键技术的研究现状及实船应用情况;探讨了此类船型国内后续研发方向,并对相应关键技术的研究方向作展望。

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。