2020年8月26日，“學(xué)習(xí)強(qiáng)國”轉(zhuǎn)載李志軍、盧鵬、王慶凱發(fā)表于《中國自然資源報(bào)》的文章，題目是：《“南征北戰(zhàn)”破冰忙 ——漫談“雪龍2”號極地考察船破冰能力》，全文如下。
“南征北戰(zhàn)”破冰忙 ——漫談“雪龍2”號極地考察船破冰能力
李志軍 盧鵬 王慶凱
近日，由自然資源部組織的中國第11次北極考察隊(duì)搭乘“雪龍2”號極地考察船從上海出發(fā)，執(zhí)行科學(xué)考察任務(wù)。這是“雪龍2”號完成南極首航任務(wù)后，首航北冰洋。
試驗(yàn)前停泊在極地冰區(qū)的“雪龍2”號。 王慶凱 攝
“雪龍2”號由芬蘭阿克北極有限公司承擔(dān)基本設(shè)計(jì)、中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司第七〇八研究所承擔(dān)詳細(xì)設(shè)計(jì)、江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司負(fù)責(zé)建造。該船是全球第一艘采用船艏、船艉雙向破冰技術(shù)的極地考察船，能夠以2～3節(jié)的航速在冰厚1.5米+雪厚0.2米的情況下連續(xù)破冰航行，具備全回轉(zhuǎn)電力推進(jìn)功能和沖撞破冰能力，可實(shí)現(xiàn)極地冰區(qū)360度旋轉(zhuǎn)，并能突破極區(qū)20米厚的當(dāng)年冰脊。
在實(shí)際冰區(qū)航行中，“雪龍2”號能否達(dá)到設(shè)計(jì)能力？作為一項(xiàng)工程科學(xué)問題，不能僅憑感性認(rèn)識，還需要通過一系列試驗(yàn)做出定量評估，得出科學(xué)結(jié)論。
中國第36次南極考察是“雪龍2”號首航南極，船上有一支專業(yè)團(tuán)隊(duì)對“雪龍2”號破冰能力進(jìn)行實(shí)地評估。他們業(yè)務(wù)能力強(qiáng)，分工明確，配合默契，團(tuán)隊(duì)成員有船東代表——中國極地研究中心船長趙炎平，負(fù)責(zé)操縱“雪龍2”號，指揮機(jī)艙、甲板等部門船員；動力設(shè)備代表——ABB（中國）有限公司工程師肖興海，負(fù)責(zé)評估船舶吊艙推進(jìn)器等動力設(shè)備的輸出功率；適航性認(rèn)證機(jī)構(gòu)代表——中國船級社上海分社驗(yàn)船師馬喬一，負(fù)責(zé)檢驗(yàn)船體、推進(jìn)器等工作狀況，并為“雪龍2”號性能進(jìn)行認(rèn)證；設(shè)計(jì)方代表——中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司第七〇八研究所研究員、“雪龍2”號總設(shè)計(jì)師吳剛，芬蘭阿克北極有限公司工程師沙米·莎瑞能，負(fù)責(zé)編制船舶冰區(qū)破冰能力評估現(xiàn)場試驗(yàn)技術(shù)方案。由于破冰船冰區(qū)航行屬于冰工程領(lǐng)域，團(tuán)隊(duì)還必須擁有極地海冰專業(yè)技術(shù)人員，大連理工大學(xué)博士后王慶凱就扮演了這個(gè)角色，負(fù)責(zé)提供現(xiàn)場冰物理和力學(xué)性質(zhì)等參數(shù)。
據(jù)悉，“雪龍2”號現(xiàn)場試驗(yàn)工作流程為：首先，船舶設(shè)計(jì)師、海冰專家等根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定試驗(yàn)位置、試驗(yàn)方式、試驗(yàn)內(nèi)容，明確所需記錄的試驗(yàn)參數(shù)。然后，船長、動力工程師、驗(yàn)船師等各司其職，操縱“雪龍2”號按照預(yù)定航線進(jìn)行破冰航行。最后，匯總“雪龍2”號航行數(shù)據(jù)和現(xiàn)場海冰物理、力學(xué)等參數(shù)，由驗(yàn)船師和設(shè)計(jì)師對“雪龍2”號破冰能力進(jìn)行評估，并與其設(shè)計(jì)能力相對比，從而得出科學(xué)結(jié)論。在“雪龍2”號破冰航行期間，評估船舶的艏向、艉向、回轉(zhuǎn)、冰脊等破冰能力，離不開冰物理、力學(xué)專家提供的技術(shù)支持，他們要在冰面測試積雪厚度、密度，冰層的厚度、溫度、鹽度、密度，對冰層的彎曲強(qiáng)度、彈性進(jìn)行模量，記錄“雪龍2”號推進(jìn)器功率、螺旋槳轉(zhuǎn)速、船速、操縱數(shù)據(jù)等。
正在冰區(qū)航行試驗(yàn)的“雪龍2”號。王慶凱 攝
事實(shí)上，南極現(xiàn)場冰情難以與設(shè)計(jì)冰情完全一致，如何找到適合的冰區(qū)開展試驗(yàn)評估是團(tuán)隊(duì)必須攻克的難題。為此，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一套科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)規(guī)則和步驟，內(nèi)容主要包括3個(gè)方面。
一是實(shí)測破冰試驗(yàn)航線上的積雪相關(guān)情況以及海冰物理、力學(xué)等參數(shù)，操縱“雪龍2”號輸出不同功率進(jìn)行船艏破冰、船艉破冰等試驗(yàn)，詳細(xì)記錄船舶破冰航速。
二是根據(jù)海冰參數(shù)和船舶操縱數(shù)據(jù)，估算“雪龍2”號冰區(qū)航行受阻情況，再與船舶凈推力相比較，得出對應(yīng)“冰厚+雪厚”在不同功率輸出情況下的破冰速度。
三是將現(xiàn)場實(shí)測“冰雪厚度—速度關(guān)系點(diǎn)”模擬到設(shè)計(jì)冰雪厚度情況下，得出“雪龍2”號在不同功率輸出情況下的破冰速度。通過中國第36次南極考察現(xiàn)場試驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)認(rèn)為“雪龍2”號的船艏、船艉實(shí)際破冰能力比設(shè)計(jì)能力高。
下一步，為全面評估“雪龍2”號的破冰能力，還需要在約冰厚1.5米+雪厚0.2米的冰區(qū)、以2節(jié)破冰航速的最小轉(zhuǎn)彎為試驗(yàn)半徑、約20米厚的當(dāng)年冰脊區(qū)等條件下進(jìn)行通航試驗(yàn)。一般而言，南極海冰冰脊厚度比北極冰脊厚度小，南極冰區(qū)平整條件比北極更為理想。因此，開展“雪龍2”號破冰能力現(xiàn)場試驗(yàn)需要尋找合適契機(jī)，分別在南極、北極進(jìn)行，時(shí)間、場景、冰情、航行路線等條件均制約試驗(yàn)開展。相信“雪龍2”號破冰航行評估將為全球氣候變化大背景下的破冰船設(shè)計(jì)與建造提供更多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
（作者為大連理工大學(xué)海岸和近海工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教師、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“高分辨率海冰模式的研發(fā)”等項(xiàng)目成員）
來源：中國自然資源報(bào)社 責(zé)任編輯：李霞 程秀娟
