揭秘破冰船破冰原理,我国打造双向破冰船雪龙2号,创下世界首例

历经三年,我国第一艘自主建造的破冰船“雪龙2”号于2019年交付使用,它也是全球第一艘采用船艏和船艉双向破冰的极地科考破冰船,能在1.8米和美国最强的“北极星”号连续破冰1.

2019年,我国破冰船“雪龙”号在南极进行考察任务的时候,因为恶劣的天气不小心撞上了一座巨大的冰山,与1912年“泰坦尼克”号邮轮撞上冰山的结局不同,它并没有发生沉船事故,相反,船上并没有人员伤亡,设备也运行正常。面对险峻的极地环境,破冰船是如何化险为夷的呢?

从古至今,南北两极一直是人类探索未知的“圣地”美国所有破冰船,但是独特的气象条件和恶劣的自然环境让这个工作难以进行,我国自1983年申请加入《南极条约》以来,也一直坚持对极地的探索和破冰船的研究与制造,从第一代只能在海面上航行的“向阳红10”号到第二代能在少量浮水区域行驶的“极地”号,再到真正的破冰船“雪龙”2号,我国从未停止过对破冰船的研究。

破冰船的主要作用是破坏海面上的冰层,开出一条安全的航道,保障舰船进出冰封港口、锚地,而破冰的第一种方法就是依靠自身速度把船头送到冰面,然后依靠船头的重量把冰层压碎,这也叫“顶推法”,但这种方法只能解决厚度在1.5米以下的冰层;

遇到较厚的冰层就需要使用“冲撞法”,先冲上冰层进行一次破冰,然后倒退一段距离再加大马力冲向进行二次破冰,如此循环多次,直到开通航道;

第三种为“摇摆式破冰法”,利用船体重力使破冰船冲上冰层将冰压碎,并调节左右水厂使船身不断摇摆,从而达到破冰的目的,这个方法主要是在破冰船因为用力过猛被卡住而使用的。从上面几种方法我们可以看出,破冰船的工作原理并不像我们想象中直接从冰层中间划卡,它更像是一个辛勤的“大铁锤”,一下一下地把冰层砸开。

破冰船与一般的海船不同,相较于一般的海船,它不仅拥有更大的自重,而长宽比也更小,约为5:1,它船身纵向短、横向宽美国所有破冰船,具有良好的操作性;其次,为减少破冰过程中碎冰对船体的损害,破冰船通常都设有减摇装置和突出部分,并将船身设计为保护舵和螺旋桨的结构,防止倒车时被碎冰破坏;此外,破冰船的船艏一半设计为勺形,底部设有平缓的角度(约15度)用来提高破冰效率,这也是为什么“雪龙”号能在极地中化险为夷的原因了。

“雪龙”号是我国在1993年从乌克兰进口回来的破冰船,它是我国进入南极考察的主要破冰船,这些年也是经过多次改造抢修,但它的破冰能力已不如从前。

2016年,我国开始建造“雪龙2”号,从船身切割和钢板焊接,再到部件组装和总段搭载,都由我们施工人员亲手完成,这背后是8700多张设计图纸,2500多块钢板的焊接。

历经三年,我国第一艘自主建造的破冰船“雪龙2”号于2019年交付使用,它也是全球第一艘采用船艏和船艉双向破冰的极地科考破冰船,能在1.5米厚的冰层环境中连续破冰航行,虽然这与俄罗斯核动力破冰船连续破冰2.8米和美国最强的“北极星”号连续破冰1.8米还有一定的差距,但比起“雪龙”号的1.2米有了很大的升级。

“雪龙2”号长122米,宽22米,排水量1.4万吨,续航能力高达2万海里,船艉采用全回转电力吊舱推进系统,与传统的螺旋桨不一样,这个推进系统是把整个电机和螺旋桨装在一个可以360度旋转的推进舱吊在船身下面,不需要加艉浆就可以像战斗机的推力矢量喷口那样,靠旋转吊舱的方向直接改变航向;

因为是吊在下面的,在螺旋桨和船身之间可以制造出一个相对较大的空间,恰好把冰面夹在中间,这时候吊舱会自动旋转90度,把螺旋桨变成一个可以切割冰面的电锯,随而带动水流和气泡形成一个“水锯”来掏空水面以下的冰层,它可以把厚达十多米的冰脊给削薄,也就是说“雪龙2”号的船艉比船艏更为厉害,如果遇到卡在冰层上的情况“雪龙2”号还可以实现船身360度的自由旋转,高效地提高了科考工作。

自“雪龙2”号交付以来先后完成了我国第36次南极科考和第11次北极科考任务,在第36次的南极科考中,“雪龙2”号和“雪龙”号共同奔赴南极,这也是“雪龙2”号首次南极之旅,实现了中国极地考察史上首次“双龙探极”。

今年5月,“雪龙2”号首次单船完成了我国第37次南极考察,保障完成了两站物资补给和南极四海区大洋考察作业,首次在西风带成功回收环境监测浮标一套,创造了我国南极考察破冰船最晚返航纪录。

此外,在第六届的中国工业大奖中,“雪龙2”号荣获造船业项目类的中国工业大奖,这也是继“绞龙”号、航母工程、“蓝鲸一号”钻井平台、新一代核潜艇之后的第五个获得中国工业大奖殊荣的项目。

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