船只在水面上航行能够畅通无阻。可是,一旦到了结冰的水面就束手无策,只能等待救援。破冰船就此诞生,特别是在高纬度地区的国家,对破冰船的需求极为迫切。
世界上第一艘破冰船“叶尔马克”号诞生于1899年,由俄国人设计,英国人建造的。他的出现,让航海史迈入了新的篇章。人类克服了结冰的海面,能在冰层不厚的地区开船行驶。
叶尔马克号
连续式破冰法说到破冰船,就想到一艘巨大的船只在进入结冰的水面后,肆无忌惮地撞击冰层。这其实只是破冰船突破冰面的一种方法。
那这时就有人想到,普通的船只不也可以撞冰面吗?干嘛非要用破冰船。这就要从破冰船的结构说起了。
破冰船设计之初就与普通船只明显不同。破冰船相比于普通船,横向更宽,纵向更短。横向更宽的设计有利于增加冲击时所产生的能量。并且船头部位设计得更尖锐些,这样单位体积的冰面受到的压力就会变得更大。
船身的原理弄明白了,还需要有强大的外表皮支撑,如果破冰船的外部结构强度和普通船只一样,那么去破冰等于去送死,一撞就碎。
破冰船的船头外壳至少用5厘米厚的钢板制造而成,船头内部还采用了密集型的钢结构进行支撑,以此来保证船只的稳定性。在破冰船吃水线的部位,全部采用了耐撞击的合金钢铁。有了这一身装备,破冰船在普通冰面可以说是刀枪不入。
船身的强度和物理学原理弄好了,就需要给它加足马力。普通的船只的马力仅需要保证正常的行驶就行。破冰船对马力的需求达到了变态的需求,一艘两万吨巨型船舶的马力也只有6000马左右,而一般的破冰船马力都在1万马力左右。
大多数的破冰船都采用柴油机做功发电,带动电机驱动螺旋桨前进,其驱动做功时,驱动功率可以达到上百万瓦,这样一来能保证充足的动能。
当确定破冰任务时,船只就会开足马力,朝着冰面狠狠地撞去,以达到破开冰面的目的。这种破冰方式能连续不断地进行,破出的航道也能保持较长时间,因此被称为连续式破冰。但是,当冰面的厚度超过1.5米时,这种方法就不适用了。
冰虽然是水的另一种形态,但是当它的厚度超过一定程度,破冰船就难以将其撞开了。1.5米是大多数破冰船撞击冰层的临界值,超过这个数值,无论怎么撞都难以将其撞开。如果来硬的,还可能导致破冰船损坏。
重力破冰法面对冰面较厚的地方,人们又想到了一个办法,利用船只自身的重量将冰面压碎就行了。设计破冰船时,在其头部位置建造一个储水舱。遇到较厚的冰面,直接用海水将储水舱注满水,加足马力让船头部位冲上水面。
船头在离水后,就不再有水的浮力支撑,再加上储满水的船舱都压在冰面上,此时的压力可以达到上千吨,冰面很容易就被压碎。随后将船只退回到水面,在反复重复这一动作,一条在厚冰层之间的道路就被开辟出来了。
船只头部离开水面还能再次退回来,是因为破冰船的螺旋桨设置在船身的各个位置,可以进行单独驱动。在后面的螺旋桨向反方向做工就能带动船只退回水面。
有时候破冰船也会遇到船头重力不足以破开冰面的情况,这时候就需要船只进行左右摇摆活动了。破冰船的储水舱还会设计在船身的左右两侧,将水从左运往右,再从右运到左。在水的作用下船只就能左右摇摆,将船身下的冰面压碎,从而起到破冰的作用。
到目前为止,最厉害的破冰船还是俄罗斯的核动力破冰船,其动力达到了可怕的76000马力,三四米厚的冰面在他面前犹如豆腐般柔软。因为其以核能作为动力,能长时间在冰面工作,不会受到燃料问题的困扰。
破冰船大有可为世界各国大力开发破冰船,一方面是为了在冬季水面结冰时开辟航路、保证运输以及对受困于冰面的船只进行救援。
另一个目的是对南北极进行科学考察研究。南北极一直是人们很少踏足的地方,由于它们的纬度位置很高,并且处于大洋包围之中。想要到达就必须通过空运和海运,由于气候恶劣,并不能随时使用空中交通工具,船只就成了首要考虑的交通工具。
拥有一艘破冰船就能在很大程度上保证科研工作的正常进行。
很多低纬度国家都在加速建造破冰船,这是因为现在想要到南极考察的国家,基本都需要配备强大破冰能力的破冰船。
中国的破冰船“雪龙1号”和“雪龙2号”在完成中国第36次南极考察后成功返航。“雪龙2号”在南极考察中所向披靡,为科考团队提供的强大的硬件支撑。在破冰能力这方面,我们并不输给国外发达国家。
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