破冰船

破冰船

破冰船是用于破碎水面冰層,開闢航道,保障艦船進出冰封港口、錨地,或引導艦船在冰區航行的勤務船。分為江河、湖泊、港灣或海洋破冰船。船身短而寬,長寬比值小,底部首尾上翹,首柱尖削前傾,整體強度高,首尾和水線區用厚鋼板和密骨架加強。推進系統多採用雙軸和雙軸以上多螺旋槳裝置,以柴油機為原動力的動力推進。螺旋槳和舵有防護和加強。破冰時,首部壓擠冰層在行進中連續破冰或反復突進破冰。

第一艘極地破冰船是由俄國人設計、1899年英國為俄國建造的"葉爾馬克"號。用于破碎水面冰層,開闢航道,保障艦船進出冰封港口、錨地,或引導艦船在冰區航行的勤務船。破冰船是一種專門用于在結凍的水面上開闢航道的特種船舶。破冰船的主要特點是船體寬(縱向短,橫向寬)、船殼厚、馬力大,且船體各區域設有不同的壓水艙,動力多採用對稱的多軸,多螺旋槳配置。

許多高緯度國家擁有破冰船,例如俄羅斯擁有多艘核動力大馬力破冰船,用于開闢北極航道。

2015年3月25日,最新一艘21900M型柴油動力破冰船"摩爾曼斯克"號(Murmansk)在芬蘭的赫爾辛基造船廠下水。"摩爾曼斯克"號屬于3艘21900M型破冰船中的最後一艘,首艘"符拉迪沃斯托克"號已于2014年4月29日下水,預計將于今年5月交付使用。

  • 中文名稱
    破冰船
  • 用途
    破碎水面冰層,開闢航道
  • 分類
    江河、湖泊、港灣或海洋破冰船
  • 外形特點
    船身短而寬,長寬比值小
  • 動力
    柴油機
  • 首艘
    葉爾馬克

歷史

1864年,俄國人將一艘小輪船"派洛特"號改裝成世界第一艘破冰船,為在冰凍期保持喀琅施塔得至奧蘭寧鮑姆航線的通航,而英國為俄國建造的"葉爾馬克"號破冰船,它則是第一艘在北極航行的破冰船。

破冰船破冰船

1912年,中國首次建造了"通凌"號破冰船和"開凌"號破冰船,排水量均為410噸,功率為688馬力。隨著南北極考察事業的發展,現代破冰船已成為極地考察的重要裝備,除用于破冰外,還兼負運輸和海洋考察等任務。這類破冰船的航程遠,破冰進展慢,燃料消耗大。採用核動力推進裝置,能適應其特殊需要,但造價昂貴。

1957年,蘇聯建造的"列寧"號破冰船,是世界上第一艘核動力破冰船

中國海域曾經出現過多次嚴重的冰情,1936、1947、1969年是最嚴重的三次,其中1969年最為

破冰船破冰船

嚴重。

1969年2-3月渤海出現了最大的冰封,盛冰期比常年延後1個月,渤海灣的冰期達到4個月,冰封嚴重時,冰外緣線距渤海海峽僅35海裏,整個渤海幾乎全部被海冰所覆蓋,冰封狀態維持長達40-50天之久,小型冰丘堆積高達5米,123條各型船隻被困,7條船隻進水;海井2號平台被流冰推倒,損失嚴重。

該情況引起了國務院的高度重視,周恩來指示破冰,空軍進行了轟炸破冰,同時指示海軍建造破冰船,海軍在100天內相繼完成了海冰722、721(上海造船廠建造,1969年12月26日下水)的建造,並于1970年起對渤海及黃海北部海冰冰情進行了連續調查,航測及岸邊定點測量由國家海洋局負責,海上調查由海軍負責,雙方配合進行。

1989年起海軍獨立執行海冰調查任務。海冰調查的目的在于獲取冬季海上冰情、水文、氣象資料,為防凍破冰、減災防災、保障艦艇冬季海上航行安全和海洋開發、支援地方經濟建設,進行海冰生消規律和理化性質研究,為海上冰情預報工作提供實況依據。

特點

破冰船的長寬比例同一般海船大不一樣,縱向短,橫向寬,這樣可以闢開較寬的航道。一艘排水量在37000噸、擁有7.35×107瓦的現代破冰船,長度為194米,而寬度則達32.2米。破冰船船頭外殼用至少5釐米厚的鋼板製成,裏面用密集的型鋼構件支撐,船身吃水線部位用抗撞擊的合金鋼加固。

海冰721破冰船海冰721破冰船

破冰船一般常用兩種破冰方法,當冰層不超過1.5米厚時,多採用"連續式"破冰法。主要靠螺旋槳的力量和船頭把冰層劈開撞碎,每小時能在冰海航行9.2千米。如果冰層較厚,則採用"沖撞式"破冰法。沖撞破冰船船頭部位吃水淺,會輕而易舉地沖到冰面上去,船體就會把下面厚厚的冰層壓為碎塊。然後破冰船倒退一段距離,再開足馬力沖上前面的冰層,把船下的冰層壓碎。如此反復,就開出了新的航道。用燃料油為動力的破冰船,多採用柴油機帶動發動機發電,電動機驅動螺旋槳(組合機組驅動),驅動功率可達上百萬瓦,可以滿足較長時間破冰航行的需要。

1957年,前蘇聯製造出第一艘核動力破冰船--"列寧"號。它的動力心髒是壓水式核反應堆,高壓蒸汽推動汽輪機,帶動螺旋槳推動航船。 如果核動力破冰船帶上10千克鈾,就相當于帶上25000噸標準煤,可以在遠離港口的冰封海域裏常年作業。破冰船裝有2~4隻螺旋槳。

由于很多海域在冬季都會出現結凍的現象,所以很多國家都有破冰船,一些靠近北極的國家還擁有專門的北極破冰船。俄羅斯擁有7到8艘核動力極地破冰船,可執行任務的有6艘。美國海岸警衛隊的中型極地破冰船隊主要有3艘船組成,其中,"希利"號號稱美國時下最新、最強的破冰船。此外,英國、挪威加拿大、日本、芬蘭等國也擁有自己的破冰船。中國的"雪龍號"也是極地破冰船。

破薄凍的船在船尾和靠近船頭的側位,分別各裝兩隻螺旋槳,船頭螺旋槳從冰下將水抽出,削弱冰層的支托並使其成為片狀裂開。船在後兩隻螺旋槳的推動下前進。破厚凍的破冰船,為使船可以沖到沖層上面,多在船尾兩側對稱地裝兩隻螺旋槳。

一般對付半米以下的冰用那種方法,當遇到更厚的冰塊時,就要用船的撞擊作用來製服它。這時候破冰船就向後退,然後用自己的全部質量向冰塊猛撞上去。這時候起作用的已經不是重力,而是運動著的輪船的動能;船好像變成了一個速度不大但是質量極大的炮彈,變成了一個撞錘。

幾米高的冰山,破冰船就得用它堅固的船首猛烈撞擊幾次,才能把它們撞碎。所以破冰船都是用很厚的鋼板做的,很結實的。

中國即將自主建造第一艘極地科學考察破冰船,這艘破冰船今後將與"雪龍"號極地科學考察船結伴進行南北極多學科綜合考察。國家海洋局將面向社會為這艘極地科學考察破冰船公開征名。

以下為該船簡介:

新船的運行管理單位:

中國極地研究中心

新船的主要用途:

新增船舶為極地科學考察破冰船,將配備國際先進的調查設備,裝備船載直升機。滿足無限航區和南北兩極海域要求,成為具有全球航行能力的"綠色"極地科學考察破冰船。

在綜合環境調查方面具備與氣候變化密切相關的主要海洋和大氣綜合觀測取樣能力,能夠成為極地海洋基礎研究綜合調查觀測平台;在海洋地質地球物理調查方面具備在極地海區季節性地開展海洋地質、海洋重力、磁力和地震的調查作業能力,能夠成為極地海底科學調查研究的工作平台;在海洋生物、生態調查方面,具備海洋生物、生態調查和評估的手段,能夠成為極地海洋生物儲量調查的基本平台。能夠承擔部分南極考察站物資運輸任務。

噸位:

破冰船破冰船

輕載排水量8000噸級,續航力20000海裏,自持力60天。

航速:

作業航速約0~15節,在0~最大航速範圍內無級變速,常用航速12~15節。可動力定位。

破冰能力:

破冰厚度不低于1.5m加0.2m雪,連續破冰速度2~3節。在冰區中航行時可在較短時間內進行轉向並具有良好的操縱性。

耐波性:

配備主動式減搖系統,提高船的耐波性,有效減少波浪對船舶的影響。

適居性:

具備公共生活區、休閒區和學術交流場所。

主要能力:

具備在全球各大洋區進行大範圍水深內的海洋水文、物理、地質、生物、化學、聲學、大氣等綜合要素的立體、即時、同步探測、分析和處理能力,以及海基資料系統集成和信息傳輸能力。具備考察資料採集、樣品的保真取樣和現場分析能力和與陸基實驗室的聯合處理能力,具有裝備無人纜控深潛器(ROV)、無人遙控深潛器(AUV)和水下探測系統的支撐平台,以滿足環境、海洋地球物理、海洋生態綜合調查的需求。

具備一定的考察站後勤物資運輸能力。

新船建成後,將會與現有的"雪龍"號船一起,編隊赴南北極進行科學考察和後勤補給。

工作原理

破冰船

它是不是用自己的船首部分的壓力不斷地切開凍的呢?你如果那樣想的話,就大錯特錯了,那是切冰船的工作原理,一般隻能切碎較薄的冰。真正的破冰船是靠重力來破凍的。在它的船艏和船尾各有一個或數個壓水艙,破凍的時候,先把前櫃排空,後櫃灌滿海水,前面會翹起,開大馬力沖上冰面,然後排空後櫃灌滿前櫃,靠重量壓碎冰面-----左右太窄就輪番灌排左右水櫃,讓艦身搖晃,把冰面碰碎。

破冰船破冰船

破冰船的工作是用相同的物理現象做基礎的:露在水面上的那一部分船身,因為它的重量沒有水的浮力作用把它抵消掉,所以仍舊有它原來的"陸上"重量。你不要以為破冰船在行駛的時候是用自己的船首部分的壓力不斷地切開凍的。破冰船不是這樣工作的,這樣工作的是切冰船,例如像在三十年代著名的"裏特克"號。這種工作方法隻能用來對付比較薄的冰。

真正的海洋破冰船是用另外一種方法工作的。破冰船上的強大的機器在開動的時候,能把自己的船首移到冰面上去,它的船首的水下部分就是因為這個緣故造得非常斜。船首出現在水面上的時候,就恢復了自己的全部重量,而這個極大的重量就能把冰壓碎。為了加強作用力,有時候在船首的貯水艙裏,還要盛滿水"液體壓艙物"。

破冰船破冰船

在冰塊的厚度不超過半米的時候,破冰船就是這樣工作的。遇到更厚的冰塊,就要用船的撞擊作用來製服它。這時候破冰船就向後退,然後用自己的全部質量向冰塊猛撞上去。這時候起作用的已經不是重量,而是運動著的輪船的動能;船好象變成了一個速度不大但是質量極大的炮彈,變成了一個撞錘。

實驗

參加過1932年有名的"西伯利亞人"號通過極地的航行的水手馬爾科夫曾經這樣描寫過這隻破冰船的工作: 在幾百座冰山中間,在密實地覆蓋著凍的地方,"西伯利亞人"號開始了戰鬥。連續五十二小時,信號機上的指針老是在從"全速度後退"跳到"全速度前進"。在十三班每班四小時的海上工作裏,"西伯利亞人"號疾馳著向冰塊沖去,用船首撞它們,爬到冰上把它們壓碎,然後又退了回來。厚達四分之三米的冰塊慢慢地讓出了一條路。每撞一次,船身就可以向前推進三分之一。

夾角

但這裏還有一個值得關註的問題。船舷與豎直線是有一定的夾角的,但是,有些船的下部是很直的,甚至有些船的下部有些地方是往裏凹的,就像集裝箱船。那麽為什麽破冰船會有那樣的構造呢?

這裏就要說到一個問題。眾所周知,冰面是很滑的,那麽當破冰船在有凍的海面上行走的時候,船體與冰面的摩擦系數是多少呢?想想冬天在有凍的路面走路的時候情景。

但是,科學家發現,船體的鋼板與冰面的摩擦並沒有想象中的小,並且有些船因此而到了船毀人亡的境地。經過研究發現,冰面與新船的鋼殼之間的摩擦系數達到了0.2,因此這就導致了一個問題,如果船舷與豎直面之間的夾角太小的話,冰就會把船給壓壞了。

壓力

冰對船的壓力分為兩個力,垂直于船舷的力R和相切于船舷的力F,P和R之間 的夾角等于船舷對豎直線的傾斜角 ,冰對船弦的摩擦力Q等于力R乘以摩擦系數,,即Q=0.2R。

如果Q比F小,力F就把壓在船身上的冰推到水裏去,這時,並就沿著船舷滑動,並不損壞船;如果Q比F大,摩擦力就妨礙著冰塊的滑動,使冰塊長時間壓在船舷上,就要把船舷壓壞。

那麽怎麽算船舷對豎直線的傾角呢?很簡單,我們有

傾角

從三角函式表裏可以查出,正切函式是0.2的角是11°。這就是說,在α>11°的時候,Q<F.根據上面所說的,就可以確定船舷對豎直線的傾斜度應該是多少,才能保證船在冰塊中間安全航行。這個傾斜度應該不比11°小。

這就是為什麽破冰船不能設計成集裝箱船那樣的樣子。下面讓我們看一下船員描述的船因為沒有註意到上面那點的後果。

型號

"派洛特"號破冰船、"葉爾馬克"號破冰船、"列寧"號破冰船、"雪龍號"破冰船、海冰721破冰船。

"海冰721號"破冰船採用錳鋼建造,船艏甲板厚度24毫米,它的最大撞擊力能破開1米厚的冰。這艘屢立戰功的破冰船曾經成功救出過被困冰海的挪威、塞普勒斯等國的商船。 該船船體長84.28米,最大寬16米,排水量3191.86噸,平均吃水深度3.68米,最大馬力3.82兆瓦,最大航速16.5節,續航力達1萬海裏,自持力30晝夜,現已服役40年,在擔負冰情調查任務的同時,還擔負搶險救生任務。

破冰方法

破冰船一般常用兩種破冰方法,當冰層不超過1.5米厚時,多採用"連續式"破冰法。主要靠螺旋槳的力量和船頭把冰層劈開撞碎,每小時能在冰海航行9.2千米。如果冰層較厚,則採用"沖撞式"破冰法。沖撞破冰船船頭部位吃水淺,會輕而易舉地沖到冰面上去,船體就會把下面厚厚的冰層壓為碎塊。然後破冰船倒退一段距離,再開足馬力沖上前面的冰層,把船下的冰層壓碎。如此反復,就開出了新的航道。還有一種方法是使用螺旋槳當刀子把冰切碎。用燃料油為動力的破冰船,多採用柴油機帶動發動機發電,電動機驅動螺旋槳(組合機組驅動),驅動功率可達上百萬瓦,可以滿足較長時間破冰航行的需要。

破冰船破冰船

核動力破冰船

1957年,前蘇聯製造出第一艘核動力破冰船--"列寧"號。它的動力心髒是壓水式核反應堆,高壓蒸汽推動汽輪機,帶動螺旋槳推動航船。 如果核動力破冰船帶上10千克,就相當于帶上25000噸標準煤,可以在遠離港口的冰封海域裏常年作業。破冰船裝有2~4隻螺旋槳。

上陣救災

隨著最新一股冷空氣過境,渤海、黃海海冰面積明顯成長。據國家衛星海洋套用中心2010年1月22日衛星遙感監測,渤海和黃海北部海冰總面積達41312平方公裏。國家海洋環境預報中心災害預警室副主任李寶輝稱,半個渤海已被海冰覆蓋,多艘船舶被困海上,水產養殖、海上航運、油氣開採等海上生產受到嚴重影響。23日,海軍"海冰721號"破冰船已赴渤海灣救援被海冰所困貨船漁船。

海冰災害

海冰素有"白色殺手"之稱,與海嘯、風暴潮、災害海浪和赤潮並稱為海洋5種主要災害。1月3日以來,山東省出現了1967年以來最大的持續寒冷冰凍天氣,各海區相繼出現不同程度的冰凍現象,特別是渤海地區連續多日的超低氣溫導致大範圍封凍,冰層持續加厚,多數地區平均厚度達25釐米,個別入海河口區域形成冰丘,堆積高度達1.2米。

遼東灣渤海灣萊州灣和黃海北部,海冰面積及海冰密集度都有所增大。其中遼東灣的海冰分布面積20835平方公裏,佔遼東灣67%;渤海灣的分布面積9441平方公裏,佔渤海灣59%。萊州灣海冰覆蓋面積4052平方公裏,佔海區面積43%。預計渤海、黃海冰情還將繼續發展,到2月上旬可能達到今年最重程度。這次海冰災害持續時間之長、範圍之廣、冰層之厚,是山東省40年來最嚴重的一次。據統計,截至21日,山東省因海冰災害受災人口達9.5萬人。

漁船被冰封

1月14日至18日,在渤海沿岸可以看到,一片片的商船漁船被冰封在海上,如赤壁聯營,蔚為壯觀。

"從來沒有見過這麽嚴重的冰情,聽村裏老人說好幾十年都沒見過來得這麽早,這麽多的海冰了。"膠州市營海辦事處東營村漁民邱光元說,"有200多艘漁船都凍在我們村碼頭。"

海冰災害對中國的交通運輸特別是北煤南運、漁業養殖生產、海上油田作業及黃渤海沿岸和島嶼的民眾生活都造成了嚴重影響。濰坊森達美港有限公司副總經理劉廷恆說:"3日來港口斷斷續續出現結冰,十多天就有100多艘貨船未能正常靠岸,貨物總噸位達35萬噸,現仍有30多艘船不能靠岸。"

破冰船上陣

22日下午,中國海軍第74次冰情調查任務誓師動員大會在秦皇島某碼頭舉行。23日,中國海軍冰情調查隊的官兵搭乘"海冰721號"破冰船起航,環黃渤海展開冰情調查和救援行動。

中國海軍冰情調查任務海上指揮員李慶明說:"這次冰情調查歷時一周,總航程900餘海裏,主要任務有兩項,一是擔負環渤海和黃海北部海域冰情調查任務,二是擔負海上應急搶險救災任務。"

救助被海冰圍困的船隻,進行破冰通常有三種方法。一是頂撞法,就是以破冰船前進的動力,由船體擠碎冰層;二是沖撞法,先進行倒車,後退幾米,然後雙車全速前進,撞碎冰層;三是堆積水破冰法,就是先將船體內的水抽到後艙,接著把抬起的船頭開到冰面上,然後又將後艙的水抽到前艙,借助水的重量壓碎冰層。

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