破冰船的工作形态:常见的几种破冰方法

在相对厚的冰层内,破冰船势不可挡,那么冰到底是怎么被破的呢?

冰是水的固态形式,因密度小于水,通常会凝结于水面附近形成冰层。在两极等低温海区的海水表面均有厚厚冰层,根据凝结时间区分为当年冰和多年冰。由于其结晶分子结构特性,冰的垂向抗剪强度远小于水平抗压强度,也就是说冰层越厚,凝结年份越久,冰层结构越难以从水平方向破坏。因此,破冰船在设计时就是要想方设法从垂直方向破坏冰层结构。古往今来,破冰方式五花八门,要通过冰区航行,可谓“八仙过海各显神通”。目前主要有以下几种破冰方式。

(一)“连续式”破冰法

在较薄冰区连续航行,冰层的厚度不超过1.5米时,破冰船多采用“连续式”破冰法,即以船前进的冲力,由艏柱及船前段顶推挤碎冰层;破冰船主要靠螺旋桨的力量和船头把冰层劈开撞碎,这个力度一般约有1000吨,不太坚固的冰层,在破冰船的压力之下马上就被压碎了。

破冰时先灌满艉压载水舱,使艏部翘起,滑上水面,然后用大型水泵把艉部压载水抽到艏压载水舱,在艏部形成大的压力,如果冰层较坚固,破冰船往往要后退一段距离,然后猛冲过去,有时需反复几次,才能把冰层冲破。遇到很厚的冰层,一下子冲不开,破冰船就开动功率很大的水泵,把艉部的水舱灌满,使船的重心后移,船头抬高,然后将船身稍向前推进,使船头搁在厚冰层上,再把艉压载水舱抽空,灌满艏压载水舱。这样,本来就很重的船头加上灌进艏压载水舱里的几百吨水的重量,即使很厚的冰层,也会被压碎。破冰船就这样慢慢地不断前进,在冰面上开出一条水道。

(二)“冲撞式”破冰法

这种破冰法适用于堆积冰、冰脊等厚冰区,需要开辟航路、救助或脱困时采用。破冰时利用艏部强结构,整船加速一次或多次冲撞,直至冰层结构碎裂。破冰船船头冲撞部位吃水浅,能轻而易举地冲到冰面上去。采用冲撞或破冰时,破冰船的航速要慢一些。

对超过1.5米厚的冰层,也会选用“冲撞式”破冰法,即船先后退,然后转为全速前进,撞碎冰层。调动两舷压载水舱的水,使船横摇,亦有助于破冰,有的破冰船还在艏部安装螺旋桨,协助快速倒行和破冰。

“冲撞式”破冰是几种破冰法中风险最大的,由于瞬时冲击大,除对船体结构有可能造成损伤外,也有可能造成设备和动力装置损伤从而影响航行安全。吊舱绞吸式破冰是吊舱推进技术应用后出现的一种新颖的破冰方法,该手法有效避免了结构硬冲撞,而且在理论上具有很大的破冰厚度范围,因此成为现代破冰船必备的一种破冰形式。

(三)“摇摆式”破冰法

破冰船破冰破到高潮时,被冰层卡住的情况也时有发生。据悉,欧洲的破冰船开到北冰洋,就曾因为冰层太厚,导致船升到了冰面之上,冰层并不破裂,只是往下沉陷,破冰船搁在冰上,两舷悬空,即使开足马力也不得动弹,这时就要靠酷炫的“摇摆式”破冰法了。为了使破冰船能够自己摇摆,在船中部沿着两舷设置了摇摆水舱,这水舱一方面可储藏锅炉用水和食用淡水,另一方面在舷部受损伤时,可以保护船体不至于漏水(即保证破冰船不沉)。而第三个作用就是帮助破冰船摆脱困境。当破冰船被冰夹住时,只要很快地将一舷的水舱充满,船就会侧向一边,随后又将水注入另一舷的水舱,船又侧向相反的一边。这样来回抽水,破冰船就左右摇摆,再开足马力,船就不难退出冰面了。

无论是哪种破冰方法都需要强大、持续的动力源,当破冰船深入两极时,低温对常规动力装置的效率和反应速度都有影响,这就是极为重视北极权益的美国和俄罗斯坚持发展核动力破冰船的原因。

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