CN105667703A - 一种破冰船艏部结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种破冰船艏部结构，艏部线型前倾艏柱(4)横剖面呈“V”型，站线与中纵剖面线夹角(a)的范围为40°～70°，艏部底端设有楔形前踵(5)，高度(h)为75％～125％冰层厚度，楔形前踵前端轮廓(6)与竖直方向夹角(c)的范围为1°～8°，前踵船体光顺相连。本发明破冰船艏部结构通过改进极地破冰船艏部线型，艏柱前倾、横剖面呈“V”型、艏部底端通过一折角线设置有楔形前踵的新型艏部线型，使船舶具有破冰能力强、破冰阻力低、易于排冰、可降低冰块进入船后螺旋桨工作区域的风险和防止极地船舶发生搁浅事故的效果。

Description

一种破冰船艏部结构
技术领域
本发明涉及一种破冰船艏部结构，属于破冰船船体线型设计技术领域。
背景技术
船型设计是极地船舶总体设计的关键，自破冰型船型设计的目的主要有：选取合适的主尺度及船型参数，满足布置及性能等基本需求；优化首尾形状来减小正车/倒车冰阻力；确保优良的排冰性能，减小碎冰进入推进器流场的可能性等。所以，自破冰型极地船舶线型设计特征主要集中在首部和尾部，船中部分主要满足装载和布置的要求。自破冰型极地船舶首部线型与冰级要求的推进功率、无冰水域要求的推进功率等息息相关，首部线型的选择对极地船舶(特别是高等级冰况)的安全性、经济性至关重要。对于一般航行于极地的商船来说，为最大化敞水性能，有可能不采用破冰船首，而依然采用球鼻艏，这种首部结构不利于破冰和排冰；传统的破冰船静水阻力很大，并且不利于装载，也不能有效降低碎冰进入推进器流场的可能性。因此，在追求高效和经济造船的今天，如何实现船型效能的最大化，实现综合性能的平衡优化设计，是极地船舶发展面临的重要课题。
传统的具有破冰任务的船舶通常采用冰刀型破冰艏，冰刀型艏具有尖锐的刀状船艏和一定的前倾艏柱，冰刀型艏对冲击冰脊很有效，但是这种艏部结构产生的静水阻力很大，并且不利于装载，也不能有效降低碎冰进入推进器流场的可能性。例如：CN104527919A一种新型破冰船船首及破冰方法，以及CN104890808A一种满足破冰船拖曳航行条件的球艏中高速船，就属于此类情况。而一般航行于极地的商船采用球鼻艏，其无法满足破冰和排冰的要求。
随着北极地区极具战略价值的航道的开通，北极地区蕴藏的丰富资源的开发利用受到越来越国家的重视，大量的货物将会通过该航线运输，为改变现有船舶无法在低温多冰、气候恶劣的北极地区航行现状，极地航行船舶将在世界船舶订单中占据举足轻重的地位。
发明内容
针对上述现有船型不能满足极地破冰航行问题，本发明提出了一种破冰船艏部结构，能够实现在极地地区和无冰水域航行，
本发明破冰船艏部结构的技术方案为，艏部线型前倾艏柱横剖面呈“V”型，站线与中纵剖面线夹角的范围为40°～70°，艏部底端设有楔形前踵，高度为75％～125％冰层厚度，楔形前踵前端轮廓与竖直方向夹角的范围为1°～8°，前踵船体光顺相连。
所述站线与中纵剖面线夹角优选的范围为55°～65°。
所述楔形前踵高度的优选范围为90％～110％冰层厚度。
所述夹角的优选角度为4°。
本发明破冰船艏部结构通过改进极地破冰船艏部线型，艏柱前倾、横剖面呈“V”型、艏部底端通过一折角线设置有楔形前踵的新型艏部线型，使船舶具有破冰能力强、破冰阻力低、易于排冰、可降低冰块进入船后螺旋桨工作区域的风险和防止极地船舶发生搁浅事故的效果。
附图说明
图1为本发明破冰船艏部结构的侧视立体图；
图2为本发明破冰船艏部结构艏部线型横剖面图(从船首向船尾看)；
图3为本发明破冰船艏部结构艏部线型的侧视图；
图4为本发明艏部线型底部视图。
图中，1-船体，3-船体艏部，4-前倾艏柱，5-楔形前踵，6-楔形前踵轮廓，7-V型横剖面。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明破冰船艏部结构做进一步的描述。
本发明破冰船艏部结构通过改进极地破冰船艏部线型，使船舶具有破冰能力强、破冰阻力低、排冰效率高并降低冰块进入螺旋桨工作区域和搁浅事故风险的效果。
如图1所示，破冰船艏部线型主要由前倾艏柱、与船体光顺连接的楔形前踵和V型横剖面构成，该艏部线型关于船体中纵剖面左右对称。具体地，破冰船艏部结构由前倾艏柱4、与船体光顺连接的楔形前踵5和“V”型横剖面7构成，艏部线型关于船体中纵剖面左右对称。
前倾艏柱4是一个受力构件，要承受各种外力作用，特别是船体与冰的碰撞。艏柱前倾能为船舶破冰提供垂直向下的载荷，合适的前倾角能降低破冰阻力，因此其前倾角度b为10°～25°，优选为15°，如图3所示。
艏部底端设置的楔形前踵5与船体光顺连接，用于阻止破冰后产生的碎冰块向船体后方运动，并使碎冰块向船舷两侧排开，避免碎冰块进入船后螺旋桨工作区域；另外，当船体艏部3以一定速度部分爬至冰层上方时，楔形前踵5可阻止整个艏部结构3都骑爬到冰层上面发生搁浅事故。所述楔形前踵5的高度h为75％～125％冰层厚度，优选为90％～110％冰层厚度，如图3所示。
为了减小阻力，所述楔形前踵前端轮廓6与竖直方向存在小角度夹角c，夹角c范围为1°～8°，优选为4°，如图3所示。艏部线型水线与中纵剖面线的夹角即水线角d范围为30°～65°，设计水线附近水线角d优选为35°～45°，如图4所示。
艏部线型横剖面7呈“V”型，所述V型横剖面7用于使碎冰通过自身浮力依附于船体表面并沿船体运动，有利于冰块下沉。所述V型横剖面7的站线与中纵剖面线的夹角a范围为40°～70°，在设计水线附近a优选为55°～65°，如图2所示。
本发明破冰型艏部结构，在有一定厚度的层冰水域航行时，船体1利用前倾艏柱4与冰层接触产生垂直向下的载荷，当载荷大于冰层的弯曲极限强度层冰开始破裂，产生的碎冰块依靠自身浮力依附在“V”型横剖面7并沿船体表面下沉，当碎冰块遇到楔形前踵5即停止向船体后方运动，并开始向船舷两侧排开，避免碎冰块进入船后螺旋桨工作区域。楔形前踵5的另一个作用是，当船体艏部3以一定速度部分爬至冰层上方时，楔形前踵5可阻止整个艏部结构3都骑爬到冰层上面发生搁浅事故。

Claims (4)

1.一种破冰船艏部结构，其特征在于，艏部线型前倾艏柱(4)横剖面呈“V”型，站线与中纵剖面线夹角(a)的范围为40°～70°，艏部底端设有楔形前踵(5)，高度(h)为75％～125％冰层厚度，楔形前踵前端轮廓(6)与竖直方向夹角(c)的范围为1°～8°，前踵船体光顺相连。
2.根据权利要求1所述破冰船艏部结构，其特征在于站线与中纵剖面线夹角(a)优选的范围为55°～65°。
3.根据权利要求1所述破冰船艏部结构，其特征在于楔形前踵高度(h)的优选范围为90％～110％冰层厚度。
4.根据权利要求1所述破冰船艏部结构，其特征在于夹角(c)的优选角度为4°。
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