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1、.s&sf gsiis養融暑照球串燻篇註th囲融lllcKHtt普嘗蓝H常显lls濮黑凶 洋KoisM-SKS SS2SKt- SHInms osinssails OIRKShiEniK 诚sss 舌蛊 iswssssi smssKse-sism SKSISie O1SHSSamwss$aws般爸i雷強留Hffis皿lEwt*虽超si凶強床哩e番鑒凶養ndH凶黃呂泾船型主尺度及船型参数对船舶性能影响极大极地船舶的船宽 首柱 倾角，首部外飘角等参数对冰区航行性能影响巨大对静水阻力性能 的影响尚不清楚。本文选取船宽、首柱倾角，首部外飘角三个关键 船型参数为研究对象採用CFD方法计算并分析不同船型参
2、数值 对静水阻力性能的影响周时结合极地船舶的冰阻力经验公式和冰区 性能要求对船型参数的合理取值给出建议。31船宽破冰型极地船舶船宽直接关系到破冰后的碎冰道宽度，同时会影响 到船舶所需要的主机功率。选取本文前面提及的某极地船舶为研究对象，变换其宽度分别至 4 2 m、4 0 m、3 8 m、3 6 m方案，并计算各方案在相同吃水1 5 m)相同航速下(Fn= 01 5 ) 的模型静水阻力，结果见如表3。由表3可以看出，极地船舶船 宽越小船舶模型静水阻力值表i不同宽攬模型弊水阻力值船宽/皿42403836模型阻力/N49.83647.8146J7844.0542.4232首柱倾角自破冰型极地船舶首
3、柱前倾主要是为了方便极地船舶骑爬至冰层上面并为极地船舶提供垂直向下的载荷使冰层弯曲破裂达到破冰 的,同时可将碎冰向船舷两侧排开，合适的首柱倾角能够最大化 船舶的破冰能力6 L为了分析首柱倾角对静水阻力的影响，分别 设置1 5。、2 5。、3 5。三个首柱倾角计算它们在相同吃水(15m) 相同航速下(Fn=0 .15 )的模型静水阻力，结果见如 表4。由表4可以看出，随着首柱倾角的増大模型静水阻力略微 变大，对静水阻力性能的影响较小。4不同首杆倾角模型靜水阻力值苜柱倾帝严152333模型吐力用4? 0249.S449.873 . 3首部外飘角自破冰型极地船舶的首部外飘角直接影响极地船舶的破冰效率
4、和排 冰能力，设计中需要关注该角度的变化对船舶性能的影响。为了研究 外飘角对静水阻力性能的影响分别设置设计吃水处的外飘角为40.5 0、6 5,并计算它们在相同吃水(1 5m) 相同航速下( F n=01 5 )的模型静水阻力结果见如表5。由表5可以看出， 随着首部外飘角的增大模型静水阻力增加。表不同首部外飘角榄型静水阻力值首部外飘角尸405570模型阻力朋49,1852.76主机型号 在冰区航行时，船上各系统如动力及推进系统包括主机.减速齿轮装、起动装轴系、螺旋桨及冷却水系统等设备均需满足冰区航行 的要求。特别是轮机等设备应能在PC4、PC5、PC6的冰级下 安全运行并应特别考虑低温下液压系
5、统的功能.水管和海底门的防 冻措施以及应急柴油机低温起动性能等。需要通过对极地航行油船船体艉部、推进器、冰三者相互作用分析， 确定不同推进类型和推进器的布局方案。基于推进器推进性能船体 水阻力以及冰阻力增值和船桨相互作用进行冰区条件下的船舶快速 性能预报。考虑数值和规范结合的方式开展推进器抗冰性能的研宄， 提出合理的推进器配置方案建立动力匹配技术。舵型及螺旋桨型式 选取方面，需要针对极地航行油轮的工作环境与工况，建立舵桨水动 力数值预报模型，进行多工况高效航、桨的优化设计研宄。并采用数值模拟手段刚析冰桨相互作用对螺旋桨性能强度疲劳的影响，叶强度屈服实效的设计措施。研究冰桨舵作用下的航的强度应力
6、分布， 分析降低最大应力的技术措施洞时需要分析冰桨流体相互作用下的 动态载荷，提出计算螺旋桨疲劳载荷的等效模型计算螺旋桨疲劳寿 命周期，研究延长疲劳寿命的技术措施，具体螺旋桨型式、桨叶结构 设计以及蛇奖相对位置等。总布图的绘制 极地航行船型设计在考虑冰区航行的破冰能力的同时要兼顾考虑在 敞水区域航行安全性.经济性.适航性以及破冰航行时碎冰沿船体流 动所产生的对推进器的干扰和碰撞。极地船舶在无冰水域航行水动力性能.破冰航行水动力性能及排冰性能对首尾部型线不同要求等问题，我们以极地游船的总布置图为例图3-4 侧视国Fig. 3.4 Prufile view曲3* 上甲板Fig 3 5 Ipper
7、Tlerkin :?. d 内底板Fig. Inner Bottom图中横剖面Fig. 3.7 Midship Section船舶极地航行面临的诸多考验 北极海冰具有相当明显的季节变化，又具有相对稳定性海冰面积最大 在2月，最小在 8月而冬季（12月 4月）海冰面积相对稳定夏季的8 月和9 月，冰面积月度变化也不大，而在冰融化的春季及初 夏（ 5 7月）和冰凝结的秋季及初冬（10月 1月），月际差相应较大随着全球气温的变暖，在夏季，鄂霍次克海戴维斯海峡拉布 拉多海白令海以及白令海峡地区己经基本无冰，船舶可以自由通行因 此，北冰洋的贸易航线主要活动在6 10月浮冰的消融期;|北极航道的选择主要受
8、海冰分布影响，没有确定不变的航道.在北极和南极地区航行的船舶面临着许多极地地区特有的风险.北极 地区平均风速为 4 6米/秒在一年中,大风情况经常伴随着风暴而来，通常没有任何暗示，但即使是大风，风速也很少超过25 米/秒 北 极地区中的北大西洋海域巴芬湾 白令海和楚科奇海因为气旋活动常见而风力最强 北冰洋航路上的海流，作为浅水大陆架沿岸流， 受地 形要素的影响，整体上自西向东流岛屿之间的狭窄海峡中潮流显著， 水流强劲如扬斯克海峡，当遇到东北气流时，洋流最高时速可以达到6 9 节，维利基茨基海峡附近可达 5 节，新西伯利亚诸岛南部的 拉普杰夫海峡在强风时也能达到 3 至 4 节 这时小船逆流无法
9、进 入海峡，等到潮流变化后方可航行 极区的海上交通量少水文气象条件复杂多变，极区的海图信息远没达 到其他海域的覆盖范围和精度北极地区除了主要港口鲜有灯塔航标 外，由于受冰的影响，航道几乎没有灯浮或浮筒无线电定位因极区缺 乏无线电台站有很大的困难，船舶配备的劳兰 台卡和测向仪等无线 电导航设备不能使用，只能依靠 GPS 卫星定位或者北斗系统定位 极区航行或穿越西风带或进入冰区航行，掌握气象海况等非常重要， 但是在纬度75N以北，通讯设备不能接受同步卫星的信号，只能用依星上其网站下载 罗经是保障船舶安全航行的重要助航设备，南北磁极附近磁力线密集， 海图上标注的磁差线间数值相差大， 在磁差线间进行内
10、差得出的磁差值误差也较大 此外，船舶进入冰区可能会遇到许多潜在的困难和风险，如甲板水管 系和液压管系受寒冻住或冻裂，船体可能发生意外磨损，主副机由于 工作环境恶化导致发生故障，船舶有关工作难以落实，机械设备因天 气寒冷容易损坏或失灵，螺旋桨和舵损坏，以及船舶受困等，造成较 大的经济损失破冰过程中强行增大主机负荷破冰前进会引起主机超负荷而损坏主机 极地船舶总体关键基础技术极地圈层是地球上人类尚未完全开发的主要区域，其环境极为脆 弱。一旦极地环境遭到破坏不仅地球上最后一片净土不复存在，而 且其造成的后果将是不可设想的。目前对3北极环境保护的重视度越 来越高，船舶严格的排放要求对总体设计的影响不亚于
11、冰层和恶劣 天气的影响。因此，在绿色船舶发展大背景下，开展极地船舶绿色设 计理论基础研究.发展绿色极地船舶技术将显得更为重要。在考虑EEDI时，破冰船存在着特殊问题，即对于作业于冰区的船舶，EEDT要求在不增加装机功率的情况下提高性能。而破冰船一般都需要较大的动力以支持破冰作业，能满足EEDI 要求的比较现 实的方法包括使用辅助装置（垂直船首冲刷系统、空泡润滑、方位 电力驱动等）和LNG燃料。不过EEDI并不适用于所有船型，例 如电力推进船舶而对于一些冰级较高的船型如芬兰瑞典1 AS upe 冰级船舶，要求也有所降低，因为由于这些船的特殊性， 基本无法完全符合EEDI标准。到目前为止，依旧没有
12、一个解读1A Sup e r冰级以上船舶EEDI的明确指导。绿色船舶 将是有效提升我国船舶工业能力的技术突破口 对极地船舶结合 实际使用需求，应重点关注和发展极地绿色船舶评价技术、极地绿 色船型设计技术.极地船舶无压载水技术和极地船舶新能源动力技术。传统的破冰船均具有典型的破冰首和舷侧倾斜特征，破冰船的首部 线型有：直艏柱契形首、怀特凹形首、梅尔维尔首、绞刀型勺形首、山脊型半勺形首、平式系列、蒂森瓦斯首等。近年来，又发展了双向 破冰船型.斜向破冰船型.三体破冰船型等新船型。开展极地船舶新 型破冰船型几何构型理论与方法研究形成主尺度等参数综合论证优 化技术和极地船型几何重构技术，建立船型曲面的参
13、数驱动方法, 有助于获得航行性能优良的极地船型。极地船舶的总体设计不仅要考虑敞水区航行性能，而且还要兼顾冰相互矛盾的。随着北极通航，北极航道的运力将稳步上升，越来越 多的船只将往返于极地冰区和敞水区域。如对于跨北极货运型船型, 既追求敞水区域的经济性，又必须考虑冰区航行性能。因此，需要开 展冰水混合流场中船舶性能均衡设计理论与准则研究。要实现敞水及 冰区航行性能的平衡优化设计，建立敞水及冰区航行性能的快速预报 模型。其难点在于极地航行船舶船型破冰过程及机理、极地破冰船 型优化技术和极地船舶冰区航行性能预报方法的研究和突破。北极航区规则研究 为了规范船舶极地航行和作业保证船舶航行安全和环境保护月
14、前 涉及极地船舶统一的国际规则主要有两方面一方面是由IMO海安 会（MSC）下的船舶设计与设备分委会推动的强制性极地规则；另 一方面是国际船级社（TACS） 2006年颁布的对极地船舶的统一要求及历次修改.作为入级符号的附加规定，此要求逐渐被船级 社纳入到各自的船级规范中涵盖了极地环保.造船.航行安全等诸方 面.通过本研宄熟悉各船级社有关冰区船舶的相关规范和差异各规范对冰区登记的划分标准最新的TACS极地规范和指南川北极沿 岸国对冰区航行船的各种法规国际海事组织对预防海损.保护3北极 生态的各项法规等，为极地航海油轮的设计提供依据。在随着极地航行和商业开发活动的增多逐步成为当前国际海事组织 需
15、要迫切解决的问题。极地水域船舶航行安全规则（PolarCode（极地规则）草案TMO-直在推进制定.旨在对上述与极地航行安全以及防污染进行整合,形成极地水域操作安全的国际 公约。2 0 10年召开的DE54次会议开始制定极地规则，会议就有关的政策性问题取得原则共识规则结构基本确定但技术细 节仍有分歧。规则架构主要包含认证、设计、设备与系统、操作、环 境保护、配员与培训等几大块内容。2012年召开的DE56次会议由相关工作组确立极地规则的基本框架。需要考虑的事项包括：目标和功能要求；凤险识别分析和控 制。极地区域航行需要遵循的国际公约联合国海洋法公约是规定各国使用海洋权力和责任的法律框架，19 9 4年生效，目前有16 2个签署国。联合国海洋法公约中匚二）二的第2 3 4条，也称“冰封区域”条款，明确规定：在冰块封冻范内，沿海国家有
