不靠撞,破冰船是怎么破冰的?雪龙二号为何能够首尾双向破冰?

科学信仰 2025-04-10 08:27:29

想要在极地海域航行,普通的船肯定是不行的,因为一旦遭遇绵延十几公里的冰层,船就会被困在其中,无法动弹。

可见,想要在极地海域畅行无阻,就必须要使用破冰船。那么破冰船是怎么破冰的呢?在一些视频画面中,我们看到破冰船所过之处,冰面便被破开了一道口子,这很容易使我们误会破冰船是通过坚硬的船体将冰面撞开的,但其实并不是这样。相比普通的船只而言,破冰船的船体的确是经过加固的,特别是会与冰面接触的部分,更是做了特别的强化处理,但即便如此,想要撞开冰面,也是不可能的。

其实不要说是一艘船了,就算是一枚导弹,想要以水平的角度将冰撞碎,都是无法办到的。

为什么呢?因为一个绵延十几公里的冰面,当你以水平的角度撞击时,就等于要撞碎一块厚达十几公里的冰,所以想要破冰,撞击是不行的,必须要“切”。在破冰船船首的水线之上存在着一个斜坡,当破冰船向前航行时,这个斜坡刚好可以切在冰面上,于是水平方向上的力就有一部分被分到了垂直方向上,冰面自然就可以被切开了。

在冰面并不是很厚的情况下,破冰船只需要以一个相对较低的速度持续航行,便可以在冰面上开出一道口子,这就被称为“连续破冰”。

我国的雪龙二号可以在冰面厚度1.5米以下进行连续破冰,而美国“北极星”号则可以实现1.8米连续破冰,但最厉害的还要数俄罗斯的核动力破冰船,它的连续破冰厚度可达2.8米。然而,连续破冰能力再强,终究也有破不开的冰面,如果冰面的厚度超过了连续破冰的极限厚度,又该怎么办呢?那就要进行“冲撞式破冰”了。

在破冰船船首斜坡的下方,存在着一个类似于“勺子”的形状,当破冰船加速向前冲时,船首会因为这个形状而冲到冰面上方,于是破冰船就可以利用自身的重量来压碎冰面了。

之后破冰船会稍微向后退,再重复之前的动作,就这样不断循环,便可以在厚厚的冰层中开辟出一条航道了。由此可以看出,冲撞式破冰其实也不是真的用船去撞,而是用船自身的重量将冰面压碎,同时我们也能够再次感受到破冰船的结构强度远非普通船只可比。

前面提到的雪龙二号虽然不是连续破冰能力最强的破冰船,但却是世界上第一艘能够首尾双向破冰的科考破冰船。

雪龙二号为何能双向破冰呢?用船尾破冰,乍一听似乎没有什么特别,把船尾的结构做得跟船首一样不就行了吗?事实上并没有这么简单,因为船尾有一套怕撞的结构,即螺旋桨和方向舵。想要用船尾破冰,就必须要解决这个问题。雪龙二号采用了全回转电力吊舱推进系统,这套系统将电力舱和螺旋桨放置在了一个独立的推进舱里,吊在了船身的下面。

由于吊舱是可以旋转的,所以就不需要再安装方向舵,通过转动螺旋桨就可以控制船只的航行方向,而且还更加高效。

在使用船尾破冰时,螺旋桨会旋转90度,变成一把“锯子”,当然并不是真的要用螺旋桨却削冰块,而是通过螺旋桨转动带动水流和气泡,从而形成一股“水锯”,来削减水面以下的冰层,这股力量是非常强大的,可以削薄十几米厚的冰脊。也就是说雪龙二号的船尾不仅能破冰,其破冰能力甚至比船首还要强。

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