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什么是破冰船?破冰船是如何工作的?

2021-01-06 08:38
制造原理
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近些年,随着全球变暖,冰融加速,世界各国都在寻找北极开发商机,如北极航道的通航和商业化运营,北极地区的油气资源,矿产资源的勘探和开发,旅游业的发展,北极海域的渔业捕捞等等。

然而,北冰洋一年中有多达九个月都被厚厚的冰层所覆盖,使得开发资源的时间变得很短。

所以说,北极开发最麻烦的还是其恶劣的自然环境,低温,风暴,以及每年长达九个月的冰冻期,都是北极开发的难题,而在北极要想在几乎常年冰封下进行各种商业开发,无论是军舰还是商船都需要破冰船为其开路。

什么是破冰船

从这个名字就应该知道,破冰船是专门设计用来破碎冰层,为舰船开辟航道的勤务船,分为江河,湖泊,港湾以及海洋破冰船。

我们知道,海运是目前最便宜的长距离运输方式,但在冬季,一些海运线路就会结冰,就需要清理冰层,以使运输船只能够顺利通过,这就是破冰船发挥作用的地方。

因此,基本上,破冰船是用来为商船清除路径,此外,这些船只也用于在极地地区开展科研项目。

虽然破冰船近些年才发挥着重要的作用,但是早在11世纪时,人类就已经有了建造和使用破冰船的想法了,但受限于当时的技术和材料,并没有制造出真正意义上的破冰船。

最初为了能够在北冰洋中航行,有人在木船上加上两根桅杆,为保护船体,船体配有一条耐浮冰的防浮皮带,在船被冰块挤压时,水线下方的圆形船身线有助于将船向上推,在现代破冰船中,这种基本设计和概念一直在沿用。

破冰船的特征

破冰船的设计就像其他船舶一样,外形和结构还是具有船的功能,但主要任务变成了破冰,为此,就需要一个强大的船体。

破冰船的特点是它有着坚固的船头,船身短而宽,底部首尾上翘,船体有时比船头更宽,这样的设计有利于它能更好的执行破冰任务,开辟出更宽阔的冰道。

对于普通船舶,需要船体更窄,以便"切开"海水,并尽量减少船舶与水的摩擦,对于破冰船,船体需要更厚,船头需更圆润。

为了对抗坚硬而厚实的冰层,破冰船体配备了双壳,侧面和底部也具有两层防水外壳,与其他船只相比,它们相对较厚。

事实上,破冰船配备了坚硬的钢壳,厚度高达1.5米以上,强度达到500Mpa,使破冰船在低温环境和高载荷条件下具有抗断裂性,这一特点在普通船舶中并不常见。

破冰船如何工作

要想压碎冰层开辟航道就要对破冰船进行特殊的设计。

所以我们看到,破冰船的结构都很巨大(但不像油轮那样大),这补充了其重量和功率上的不足,船头是圆的,因此比其它船只更光滑,这有助于破冰船在厚厚的冰层上滑行,从而减小摩擦力,船体的外部使用聚合物涂料进行涂漆,也能减小摩擦力,这些特殊的设计能让破冰船粉碎冰层从而开辟航道。

但光靠这些并不能"切开"较厚的冰面,破冰船也并不完全是靠其产生的动力,用船首直接撞开冰面的,而是在强大的发动机推力下,让船首冲上冰面,然后依靠自身的重量将冰层压碎。

破冰船露在水面上的船身并不会被水的浮力抵消,所以还是保持着原来的重量,并在破冰船的船头及船尾都有一个压水舱,当需要破冰时,就会将船头的压水仓清空,船尾压水仓注满水,当破冰船冲上冰层后,再为船头住满水,以增加压碎冰层的重量。

如果冰层实在太厚了,依靠破冰船的重量并不能压碎冰层时,这时就需要用最简单和粗暴的方式了,破冰船将会用自身的重量和速度直接撞碎冰层,实现破冰开道。

核动力破冰船

破冰船的推进系统主要还是以柴油机提供动力为主,以螺旋桨作为推进系统,要想长距离破冰航行或者是能够破较厚的冰层,就需要为破冰船提供更大的动力,所以就出现了核动力破冰船。

破冰的这个过程中需要大量的燃料,为船只提供动力,核破冰船就解决了传统破冰船需要大量燃料的问题。

目前世界上所有的核动力破冰船都是由俄罗斯运营的,他们于1957年就造出了第一艘核动力破冰船,目前,俄罗斯运营着8艘用于各种目的的核动力破冰船。

其中“北极”级是世界上最大的核动力破冰船,它拥有两座小型核反应堆,功率达到了170兆瓦,加注一次燃料可以在海上航行7年,破冰厚度达到了2.8米,它也是唯一能到达北极极点的水上舰船。

我们国家的破冰船也在快速发展,雪龙号就是其中最先进的破冰船,曾多次赴北极完成破冰考察任务;雪龙号续航19000海里,能以1.5节航速连续破1.2米的冰层。

这些年,随着北极开发的火热,好几个国家都开始建造自己的核动力破冰船,中国也已经宣布将建造自己的核动力破冰船,相信不久的将来中国也将拥有到达北极任何海域的破冰船。

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