现代破冰船和破冰技术

退进行破冰或是在开阔水域中前驶， 桨用于在开阔水面上航行。 着苛刻的要求。为了满足这些要求， 化的， 因此需要特种航海术， 形象地叫
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到冰面上去。当冰层特别厚、 十分坚 硬或表面不规则时必须采用这种技 术。 当船被冰卡住时， 航行操作还会 遇到另外的困难。 即使是专为破冰而 设计的船只， 被冰卡住也常常发生。 北极 !"#! 年，美国海岸警卫队的 “ 住几乎一年。 解决的方法是在船身两侧加螺 旋桨， 或者让船身不断摇摆。这往往 通过往两侧水舱加注和抽吸海水来 实现。 在现代破冰船上， 倾侧技术正逐 渐被气泡减阻系统所代替。 芬兰瓦梯 拉造船厂是世界上最大的破冰船制 造厂家。 它设计这个系统的目的是减 少船体与冰块或积雪之间的摩擦。 强 迫压缩空气通过一系列靠近船底间 隔排列着的喷嘴。 当空气以气泡的形 式沿船体上浮时， 会产生一股强烈的 水与空气的激流， 形成船体与冰块之 间的润滑层。在低速 $ 小于每小时 % 海里 & 时，这个系统能将摩擦减少到 不使用这个系统时的一半左右。 大多数人都以为覆盖在海面上 的冰是很均匀的一片， 只是在厚度上 有些差异。实际上， 其构成从南极坚 硬无比的冰棚 $ 其中有的达百年之 久 & ，高纬度北极地带不规则的大块 极地浮冰到波罗的海通道， 五大湖以 及圣劳伦斯航路只在冬天才出现的 冰层无奇不有。 与破冰船作业有关的 人们必须将这许多差异通盘考察。 美国、 加拿大、 俄罗斯 !"’’ 年后， 幼年冰； 冬季冰； 极冰。 但这种分类很粗糙。 随着有关国 家和组织对冰层了解得越来越多， 人 们要求更细更科学的分类法。 除这几种冰以外， 还存在一些破 冰船难于甚至无法 $ 这要取决于冰层 构造的延伸程度 & 在其中航行的冰结 构。 一种是筏状冰， 在这种冰里， 一层 冰被另一层或多层的冰叠压在上 面。另一种是丘状冰， 它的底部可能 伸入海面下达 !) 米。 每年 !% 月到次年 ) 月，波罗的 海的波的尼亚湾、芬兰湾、北美洲圣 劳伦斯湾、五大湖、美国的东北和西 北海岸都会冻结 *+ , "+ 厘米的海冰 或湖冰。在加拿大北极地区， 俄罗斯 北疆、斯堪的纳维亚半岛北岸，冰层 年冰区域破冰工作的破冰船按照这 一条例可以定为 * 级或 ( 级。 它们不 需满足对加拿大北极地带全年作业 的大型破冰船所提出的那种更为严 格的要求。 目前最强 大的破冰船是俄罗斯 尔 ”号，估计它们相当于加拿大条例 中的 ) 级到 . 级这个范围。 每艘船的 排水量为 *- ) 万吨，有 .- ) 万轴马 力。 赫尔辛基的造船厂目前在建造另 一艘核动力破冰船 “ 俄罗斯人 ” 号 $排 水量 ( 万吨， !+ 万轴马力 & 。 “ 俄罗斯人 ” 号船台下水时不带 发动机， 它被拖到前苏联安装核动力 装置。 美国、 阿根廷、 日本、 德国的南极 破冰船都是一些多用途船只。 它们不 仅要用于破冰， 还必须在开阔水域中 经过长途航行到达南极地带。 在那里
俄罗斯是破冰船的主要使用国， 样子呢 -
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重 ) 一般在 !+ , 万吨左右， 吃水不深， 螺旋桨。
海” 号破冰船在楚科奇海上被 “ 冰冻 ” 有时是为了维持这些地区的城镇和
等国政府使用 ( 种冰结构分类： 新冰； 里 的 速 度 穿
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它们还要兼作观测、 研究和支援船之 用。 因此要在船上为科学工作者们设 置额外的船舱， 为在冰上作侦察飞行 的短程直升飞机设置起降台， 为南极 地带设置的科学考察基地运送供应 物资， 它配置大型甲板吊车货物升降 机和专用货舱。 芬兰在 !"#" 年为阿根廷造了一 艘破冰船 “ 海军上将伊拉扎 ” 号。 其特 点是装有加拿大制造的直升飞机 “ 拉 降” 系统。它是针对在波涛汹涌的开 阔水面上，破冰船可能左右摇摆达 $%&这一情况设计的。从直升飞机上 放下一条缆索， 甲板上的锁紧机构将 缆索抓住后将飞机慢慢地拉到甲板 面上， 然后利用设置在甲板上的导轨 将直升飞机拖入机库。 该船还装有两 台 将 货 物 吊 送 上 岸 的 !’ 吨 液 压 吊 车， 一部最大拉力 ’% 吨， 带有张力控 制装置 ( 能使缆索在全部工作时间中 保持绷紧状态 ) 的电动绞盘的一个气 泡减阻系统。 也是惟一在常规服务中使用核动力 破冰船的国家。 它也是拥有大量具有 有限破冰能力的商船的惟一国家。 ( 很多国家使用的商船船体都为破冰 ) 在船只中， 进行了加固。 有许多具有 破冰能力 ( 大致相当于北极 * 级的水 平 ) 的多用途集装箱货船， 在无破冰 船开道时， 它们自己能在中等冰情下 破冰行驶。这类船只的净吨位 ( 总载 大多装有气泡减阻系统。 俄罗斯破冰船的作用范围遍及 其整个北方海域的漫长航道， 在冰冻 季节中还要在芬兰湾、波罗的海、里 海沿岸以及叶尼塞河、 鄂毕河和勒拿 河一带水域中作业。 给人印象最深的 是前苏联西部北极地带的破冰船护 航作用。在这一地带中， 从摩尔曼斯 克穿过巴伦支海和喀拉海到叶尼塞 河河口， 再逆流而上到内河港口杜金 卡这条航线上活动的贸易船队正在 日益增多。 杜金卡是产木材和镍的西 伯利亚城市诺里尔斯克的物资集散 港。 俄罗斯运 用破冰船的方 法非常成熟。 他 们自己的船队 和外国船队跟 在大型破冰船 后在北极海航 行， 到达西伯利 亚的大河 ( 如叶 尼塞河 ) 河口， 换上较小的破 冰船接班， 继续 上溯大河航行 到西伯利亚腹 地。 如果内河冰 情过于严重， 则 用各种极地陆 地运输工具， 包 括机动雪橇和 气垫船转运。 未来的破 冰船会是什么 加拿大为 了在北极地区 的海域开采石 油， 专门造了一 艘未来型破冰 船“ 卡马・吉格 利亚科 ” 号。它 是为应付加拿大北极地区的严重冰 情而设计的， 它的特点是只装一具大 这点的确与众不同。 一般破冰船 都装有两个或三个螺旋桨。 它的设计 师们声称 “ 双螺旋桨或三螺旋桨破冰 船主要缺点之一就是两个外侧螺旋 桨会不断搅动冰块， 从而使螺旋桨效 率减低。 ” 他们将这种单螺旋桨布局 看作是消除这一缺点的一种措施。 螺 旋桨用一个大防护罩环绕着， 使流向 船尾的大冰块偏开， 螺旋桨只是无害 地搅动着剩下的小冰块。 这艘船也设 有船头和船尾助推装置， 还有一个能 增进其机动性能的特别大的舵。 这船的另一特征是它的船体形 状与所有其他破冰船都不一样。 其匙 形船头能以最小的能量损失破裂薄 冰。 一个特别的楔锥安装在船头与船 体中段的接合处， 可以将它楔入冰中 一小段距离， 以提供一个提高船的转 向能力的支点。 船主的报告简要地说 明了这条破冰船的性能， 他们声称它 迄 今 已 穿 过 了 厚 达 !+ #. 米 的 初 年 冰、厚达 !% 米的多年冰和底部没入 水下达 !. 米的初年冰脊。 加拿大还打算建造 *% 万吨级的 破冰油轮， 随着北极海海底石油的开 发， 这种破冰油轮是不可缺少的。 加拿大最好的破冰船长 !"$ 米、 宽 .* 米、 型深 !. 米。排水量 .+ # 万 吨， 动力 !% 万轴马力。它叫作 “ 北极 。 , 号” ! 责编 宋宜昌 "
北极 ”号和 “ 西比 甚至冻得更厚。为了保持航线畅通， 的核动力姊妹船 “ 港口， 必须使用破冰船破冰。 加拿大的北极地带从东部的巴 芬岛到西部的阿拉斯加北坡，绵延 )+++ 公里，再往北一直延伸到北极 又有 *+++ 公里，在这片辽阔的海区 中有许多重要的岛屿和航线。 这里的 气候，海况和冰情极其复杂，破冰船 会遇到各种难以预料的险情。 甚至在 夏天也不全是安全的。 不同的冰情应使用不同的破冰 船。加拿大的规范仍可作为借鉴。加 拿大政府公布了加拿大北极地带航 运条例，该条 例将破冰船 及 其 同 类 —— — 为应付 冰情而加固 了的船舶划 分成北极 ! 级 至 北 级 !+ 级。 条 例 中 各级之间的 差别。一艘北 极 * 级的船 舶可以保持 每小时 * 海 过 +- " 米 厚 的冰层。一艘 . 级的船可以 用连续行进 方式以每小 时 * 海里的 速度穿过 %- ! 米 厚 的 冰 层。 芬 兰 建 造的用于一
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统相比。
破 冰 船 破 冰 现 技 代 术
和
破冰船可能有 ( 个螺旋桨。 它们 是装在船身两侧的，两个靠近船头， 另两个靠近船尾。 船头螺旋桨在初年 冰， 也就是在一个冬天里结成的厚度 不超过 )" 厘米的冰中工作得很好。 * 在如加拿大北极地带等一些地方的 初年冰要难对付得多，其厚度可达 + , 船头螺旋桨从冰下将水抽出， 米。 削 弱冰层的支托并使其成为片状裂 开。 然后螺旋桨将水和冰冲离船头以 便于向前行进。反转时， 它们能帮助 船向后倒退，从而增加了船的机动 性。 但是船头螺旋桨在北极和南极海 域内是无用的。 由于北极冰层过于坚 实，南极冰层厚度过大，它们都不起 作用。 破冰船的船尾螺旋桨常会扭曲、 破裂， 或者桨轴断裂。 解决办法是建造装有 ) 个螺旋 桨的破冰船， 一个螺旋桨在船尾中间 的通常位置上， 另两个在船身侧面。 这种配置方式在两艘美国海岸警卫 队的破冰船上也曾出现过问题。 这些 船的双重任务 * 在北极地带用于破冰 和在南极地带用作支援船 , 造成其船 体过小， 轴马力过大。其结果是船身 经常振动。这种船有 ! 万轴马力 * 比 任何一艘非核动力破冰船都大 , ，由 燃气轮机提供的 (- + 万轴马力驱动 主轴用于破冰工作， 由柴油发电机提 供的 %- . 万轴马力驱动两个侧螺旋 由于破冰船在结构上是高度专门 作连续式和冲撞式的两种破冰法。在 连续式中，船以每小时 ) / $ 海里的速 度穿过厚度可达 %- $ 米的冰层稳定地 向前移动。在冰面很平坦而且只给船 以中等阻力的情况下这种技术很合 用。在波的尼亚湾、 芬兰湾、 俄罗斯和 加拿大的部分北极地带、五大湖和圣 劳伦斯航路均适用。 在冲撞式破冰中， 船头要行驶到 冰面上去。 当冰层破裂而船身重新平 浮在水中后， 它再倒退至几倍船长的 距离，然后向前行驶，重又使船头骑
在高纬度的北大西洋， 北太平洋 和北冰洋海域， 一直有货船在航行。 世界贸易的一部分，就由它们进行 着。在这些海域， 一年之中有好几个 月都有流冰四伏， 间或还有冰山。 为了在这些海域航行， 就必须有 破冰船。 破冰船的显著特征是它的船 形、结实的船头、机械设备和螺旋 桨。在船形上， 破冰船是纵向短而横 向宽， 因此呈现出短而粗的外貌。芬 兰造船厂造出的破冰船占世界总数 的 !"# 左右，其所造的现代破冰船 将舰桥和船员宿舍叠置在甲板上。 这 种设计在船体内为其强大的主机、 辅 机、 其他机械设备以及传动系统等留 出了空间。 破冰船的另外一个特点， 船头处 吃水很浅， 从船头到中部吃水深度逐 步增大。 采用这种形状是由于破冰船 的很多破冰工作不是靠正面冲进冰 层，而是靠爬骑到冰面上去，使船头 下面的冰层由于受到重压很快发生 破裂来进行的。 独特的粗短船体使重 量更为集中， 使这种破冰方式更易奏 效。由于船体必须反复驶上冰层加 压， 这种设计还能降低船体承受的应 力与变形。 破冰船有一个厚实的船头， 它一 般是用厚约 $ 厘米的钢板焊成， 并用 钢构件牢固地支撑起来。 船体沿吃水
! 石 磊
线还用厚钢板给予加强， 因为这个区 域经常与冰接触或是与船头压碎的 浮冰相撞。 很多破冰船都存在着钢板 间的焊缝容易被腐蚀和断裂的弱 点。 芬兰的通用钢制造厂的工程师研 制出一种含锰、 硫和硅都极少的微量 合金钢， 这种钢板的焊缝在破冰船经 常活动的低温海水非常耐用。 破冰船的推进装置由于时进时 发动机所受负载的极度不同而面临 必须精心设计专门的破冰船发动 机。 在蒸汽机时代， 破冰船一般装用 往复式蒸汽机。现在则装船用柴油 机。在这种船上用柴油机驱动发电 机， 再用电力驱动马达带动螺旋桨。 从 %&$’ 年的 “ 列宁 ” 号开始， 苏联建 造了少量核动力破冰船。 当破冰船可 能要在远离燃料站的地区如美国、 加 拿大和苏联的高纬度北极地带内进 行大量工作时，核动力是有利的，但 在经济性上它不能跟柴油发电机系