破冰船

目前在世界上设计和建造破冰船能力最强的国家主要有：俄罗斯、芬兰、瑞典、德国、美国、挪威、丹麦、日本、加拿大等，尤其是以环北冰洋的几个国家设计和建造能力最强。  

全球破冰船队中，功率超过1万马力的破冰船有50艘，俄罗斯拥有最大的破冰船队。芬兰、加拿大、瑞典各有6～7艘破冰船，美国拥有4艘，其他6个国家(日本、德国、阿根廷、澳大利亚、挪威、荷兰)各有1～3艘。只有俄罗斯使用核动力推进系统(7艘)。俄罗和美国拥有推进功率大于3万马力的破冰船。多数破冰船主要在波罗的海作业。中国目前的雪龙号极地考察船只相当于俄罗斯最高级的抗冰船，还不是真正意义上的破冰船。 [1]

世界上公认的最早破冰船是1872年在汉堡建造的“破冰船I”号。该船在冬季易北河结冰时用于破冰，为促进北欧贸易的发展作出了贡献。不过也有学者认为，1864年由俄国人改装后的“派洛特”号小轮船才是世界第一艘破冰船。而英国为俄国建造的“叶尔马克”号破冰船，则是第一艘在北极航行的破冰船。

俄罗斯自1900年以来，为了进出远东地区、开辟北方航路，建造了大批外海破冰船。早期的破冰船有“叶尔马克”号、“西比里亚科夫”号和“西伯利亚”号等。其中，前苏联的破冰船“西比里亚科夫”号于1932年完成了沿北极海域到海参崴的东北航路的航行。此后，为了加强北方地区的军事行动，该国继续建造了“船长”级、“莫斯科”级等破冰船。在原子能破冰船方面，他们在1957年建造了“列宁”号破冰船，此后又建造了“北极”号、“俄罗斯”号、“亚马尔”号等核动力破冰船。这些船的建成，为延长东北航路的冬运期作出了贡献。

加拿大为了便于圣劳伦斯湾沿岸与爱德华太子岛、纽芬兰岛之间的船舶航行、邮政服务，实现五大湖火车渡船，制定了扩大破冰船规模的计划。1980年，该国建造了新型支援破冰船“基戈廖克”号，其形似扩孔器的勺形船艏引人注目。这种船艏的水线面比舯部还宽，从而减轻了船体与冰块的摩擦力，降低了破碎冰的阻力，提高了船舶的回转性能。目前，该国拥有多艘1万马力以上的破冰船，可在五大湖、圣劳伦斯水道、北极圈活动。

第二次世界大战以前，美国只有小型破冰船“熊”号服役。二战期间，为了加强北极圈的防务，他们又于1942年建造了“斯托里斯”号破冰船，并在格陵兰岛和拉布拉多半岛之间使用。二战以后，美国增强了对北极和南极的军事、贸易、科学等领域的关注，建造了大型破冰船“冰川”号，从事南极观测站的设置和调查研究活动。1969年，该国又以发现阿拉斯加石油为契机，将小麦运输船“曼哈顿”号改装为11.5万吨的商用破冰船，从美国东海岸经加拿大多岛海域到阿拉斯加进行了两次航海试验。以此为起点，现代破冰船工艺得到大发展，大功率的高质量破冰船不断出现。

1998年，德国建造了多用途破冰船“新作”号，用于在北海和波罗的海西部进行破冰支援、浮标补给、海洋环境治理、应急拖航、消防作业等破冰活动。  [2]

2011年11月15日，中国国家海洋局宣布，中国将自主建造第一艘极地考察破冰船。该船将可搭载直升机和水下机器人，船头、船尾均有破冰能力，计划于 2013年完成建造。海洋局同时宣布，即日起通过微博向全球华人征集船名，根据排名热度选取前20个名字入围后再交由专家评审。[3]

早期的小型破冰船使人看到了未来的破冰船的雏形和改进的方向。“曼哈顿”号破冰船的试验航行成功，又大大促进了现代破冰船工艺的发展，从而出现了一批大功率的高质量破冰船。这些破冰船的特点是，破冰能力高、船舶尺度大、船艏倾角小，可在冰上以压断冰面的方式连续破冰。这一阶段，除了采用勺形船艏和瓦斯船艏以外，为了减轻雪覆冰、碎冰块的摩擦阻力、提高破冰能力，船上还使用了船体）中洗、空气润滑等系统，改进了推进系统，采用了可变螺距螺旋桨和全方位吊舱式推进器。

在冲撞破冰时，螺旋桨反复正转、反转，频繁地前进和后退。这就要求推进系统具有足够的耐转矩的能力。长期以来，破冰船一直使用交流一直流方式的电力推进系统，即从柴油发电机得到交流电，将交流电转变为直流电，用直流电转动直流电机，驱动固定螺距螺旋桨。但是，随着电力设备的发展，使用交流一交流方式的电力推进系统的破冰船增多了。这种系统用发电机发出的交流电来转动交流电机，驱动螺旋桨。比较而言，交流一交流方式的电力推进系统可以简化设备，提高可维护性，缩小占用空间。

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同时，虽然固定螺距螺旋桨经济性高，但回避不了转速降低时转矩增大的问题。相反，可变螺距螺旋桨由于能在船舶高速行驶时，在保持原有的转速的同时，通过桨叶螺距的变化推动船舶前进、后退或增减推力，避免了转速降低时转矩增大的问题。这已在越来越多的破冰船上得到了应用。另外，在可变螺距螺旋桨上安装导流罩，可以减少冰海航行时冰块的流入，避免桨叶的破损。

近年来，造船界又出现了一种兼具推进器、舵、侧推器作用并能全方位旋转的吊舱式推进器。这是一个具有鱼雷形状并由交流电机驱动的推进器，由于能旋转360度，所以转艏能力极佳。芬兰的“芬尼卡”号、德国的“新作”号破冰船上就装备了这种带导流罩的全方位吊舱式推进器。

此外，在“尤库”号和“卢尼”号破冰型油船的实船试验中产生了一个新的概念--双向推进式油船。这是一种船艏通常为球鼻艏，船艉带全方位吊舱式推进器的破冰型油船。在无冰海域，油船按正常的前进方向航行，但在有冰海域，则船艉朝前，以后退状态破冰航行。2002年9月，由日本住友重机公司建造完工的“胶画”号就是这种船型的代表。 [2]

因此，破冰船破冰的能力来自于船只的重量(排水量)和将船推上冰面的推进力。近代发展的破冰船主要技术有以下几个方面：

1、采用可旋转推进器与船首的侧向推进器相配合，实现对船只的动态定位，提高在冰区和开阔水域的机动性：使用大功率推进器提高船舶的破冰能力。瑞典破冰船(ODEN)功率24000马力，可以以3kn航速在2m厚的冰上连续航行。该船曾5次在考察航行时到达北极点。

2、在船体上使用了低摩擦的破冰船涂料，以减少船体摩擦和锈蚀。传统涂料会被海冰磨掉，使不受保护的船体区域受到锈蚀，而锈蚀产生的不平整表面进一步增加了冰和船体之间的摩擦。

3、船体最宽部位安装了绞刀，目的是减少船体中部的摩擦。绞刀以不对称方式工作，在船舶前进时通过向下弯折冰面破冰。后退时通过向上弯折冰面破冰。绞刀在船两侧形成约1m宽的通路，大大减小了冰与船体间的摩擦，提高了船舶在海冰密集区域的机动性。

4、安装一套冲水系统．町将大量海水泵至船前的冰上，以减少船头和冰之间的摩擦，便于船头驶上冰面。一套主动增摇系统．可以以很快的速度将水从船内一侧泵至另一侧(如瑞典破冰船“ODEN”号可在25s时间内将800t压载水进行左右调驳)，使船体在厚冰问发生摇摆，以便绞刀击碎船两侧的冰。[4]