破冰船性能及設計經驗述評
研發設計
作者：王帥
摘要：文章對極地船舶技術進行了回顧，對破冰船的性能以及設計經驗進行了述評；對加拿大、日本、芬蘭、蘇聯、美國、丹麥以及瑞典等國家的破冰船進行了技術分析，旨在為破冰船的初步設計提供借鑒，以幫助設計者選擇破冰船的形狀、尺寸。
關鍵詞：破冰船；極地船舶技術；船舶設計；海洋破冰船；湖泊破冰船；江河破冰船 文獻標識碼：A
中圖分類號：U615 文章編號：1009-2374（2015）28-0009-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.28.005
1 概述
第一艘破冰船誕生在俄國，它就是1899年俄國人設計的“葉爾馬克”號破冰船。破冰船的作用就是將水麵上的冰層破碎，進而開辟船舶的航道，可以引導在冰區航行的勤務船進行正常航行，還可以保障艦船正常進出冰封的港口，因此意義非常重大。
破冰船由於使用地區不同可以分為很多種類型，比如海洋破冰船、湖泊破冰船以及江河破冰船等。破冰船的船身較短，但是比較寬，也就是具有較小的長寬比，船體的首柱尖削前傾，強度是十分驚人的。破冰船的水線區域以及首位施工的是對密骨架以及厚鋼板進行加固。破冰船的推動係統使用的是多螺旋槳的裝置，一般使用的是雙軸的或者是雙軸以上的裝置。破冰船的動力源是柴油機，它的舵和螺旋槳進行了一定的加固。因此，破冰船在破冰工作中可以用首部進行連續的破冰工作。破冰船是一種特殊船舶，是具有在結冰的水麵上開辟航道功能的船舶。破冰船的船殼很厚重，馬力也比較大，破冰船的各個地方都有壓水艙的設置。
2 破冰船的優良性能
破冰船的橫向較寬、縱向較短，這樣的比例和一般情況下的海船相比具有很大的區別，使用這樣的長寬比是為了更好地開辟航道。比如一艘破冰船具有37000噸的排水量，馬力達到7.35×107瓦，長度在190多米的情況下，這艘破冰船的寬度大概在30多米，破冰船的外殼要用5厘米以上厚度的鋼板進行製作，破冰船裏麵使用密集型的支撐構件，吃水線的地方用合金鋼進行加固，這種材料的抗撞擊能力非常好。
破冰船的破冰方法一般來說有兩種，當冰層的厚度在1.5米以內的情況下，破冰船可以使用連續的破冰方式，也就是使用破冰船的船頭將冰層撞碎並且劈開，這一工作是依靠螺旋槳的力量完成的，這樣的情況下破冰船的航行能力在9.2千米/小時。當冰層較厚實的時候，破冰船的破冰方式使用的是衝撞的方法，這時候的破冰船的船頭部位吃水線，所以很容易衝到冰麵上，這樣破冰船的船體就能將下麵的冰層壓碎。最後破冰船要倒退一段距離，使足馬力衝向冰層，就可以壓碎破冰船下的冰層了。反複進行這樣的工作就會開辟出一個新的航道。破冰船的驅動功率非常高，所以即使是長時間的破冰航行也可以很好地滿足。
很多國家的海域在冬天都有嚴重的結冰現象發生，因此很多國家都使用破冰船進行航道的開辟。還有一些國家使用專用的北極破冰船，主要是用於北極的一些少數國家。目前俄羅斯有7～8艘極地破冰船，可以使用的有6艘。美國的希利號破冰船號稱是美國威力最強的破冰船，除此之外，在加拿大、英國、日本、挪威以及芬蘭等地也有自己的破冰船，我們國家的雪龍號破冰船也是極地破冰船。
破冰船的威力不可小覷，對於幾米高的冰山，隻要經過破冰船幾次猛烈的撞擊，就可以將冰山擊得粉碎。因此，對於破冰船的製造材料也有極高的要求，所有的破冰船均使用非常厚的鋼板進行製作，強度非常大。
破冰船在航行中經常遇到被冰塊卡住的現象，這就需要破冰船具有一定的應急技術。在20世紀80年代，美國海岸警隊的一艘破冰船曾經在海麵上冰凍了幾乎一年的時間，現代破冰船使用了更加先進的係統，也就是氣泡減阻係統以及傾側技術等，這都是為了防止破冰船被凍住或者被冰塊夾住。傾側技術顧名思義就是讓船身一直搖擺不停，這是通過在破冰船兩邊加設螺旋槳帶來的效果，主要是使破冰船的兩邊水艙連續的加注以及抽吸海水造成的。氣泡減阻技術就是使用空氣經過壓縮之後形成的空氣膜，這樣就可以很好地防治破冰船的冰凍。