破冰船的螺旋桨不怕被冰碰坏吗?

首先,破冰船螺旋桨在一般任务中基本见不着冰,因为它在船体最后边,在水面以下,而冰是10%浮在水面以上的。而且,破冰船螺旋桨是用高硬度合金制造的,它的硬度至少也得在7以上(钻石是10),而冰的硬度呢,最高才3。破冰船螺旋桨不光是不怕冰,在一些特殊任务中,螺旋桨还得充当冰刀,被用于切碎冰块。这个后面再聊。
破冰船的螺旋桨不怕被冰碰坏吗?图:毛子核动力破冰船,胜利号

破冰船的两种工作方式

虽然破冰船能够在极地和其他冰冻海域通行无阻,但破冰船在其他海域缺乏效率。这种设计有一点负面影响,特殊设计使破冰船非常不适合正常水域。有了圆形的船头,破冰船在正常海洋中几乎不适合航行。典型的破冰船船体形状能够抵抗波浪,但破冰船的设计让波浪全力撞击船只,使得操纵变得困难。 设计上的一些修改使得双作用船舶设计有可能克服这些限制。

这是俄罗斯破冰船的螺旋桨!

镍铝青铜材料虽然综合性能不错,但是如果与大型的冰山正面碰撞,肯定也是会受损的。很多人想当然的以为破冰船是使用螺旋桨来搅碎冰层完成破冰,实际上并非如此。破冰船主要是依靠自身重量和动能进行无脑式撞击挤压破冰,破冰船的船头外部用厚度在50MM以上的加强型的钢板进行过加固,内部还有X型防形变钢架构支撑,以最大限度的抵抗冲击。而破冰船的外形也被设计成比较宽大的粗壮型,为的也是增加船头重量和拓宽航道。▲雪龙号破冰科考船

你的担心是多余的。

与其他船只相比,现代破冰船的另一个显著特点是它能为其他船只在冰水中开路。无论是早期使用的燃煤或燃油蒸汽船、柴油电力破冰船,甚至核动力破冰船,破冰船都具有显著增强的动力。 两个螺旋桨安装在船头、船尾和船首推进器上,这些船的机动性很优秀,在冰上能有效地操纵。美国海岸警卫队的强力极地破冰船采用柴油-电力和机械推进系统,包括6台柴油发动机和3台燃气轮机,分别产生高达13000千瓦和45000千瓦的功率。

第二种就复杂多了,这种方法是用来对付两米左右的厚冰层的,简单说就是冲上冰面,压碎冰层。破冰船的船头下方没有球鼻艏(就是那个凸出的大球),它的船头下面几乎是圆弧形的。
图:中国雪龙号也是破冰船,注意看船头水线处的形状

有些破冰船在船头也有一组螺旋桨,用来排出冰层下方的水,让冰层失去承托,自己松动垮塌。但我估计要是用这种破冰船对付厚冰,应该不怎么灵吧。
图:前后两组螺旋桨的破冰船

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通过破冰船的原理我们可以发现,螺旋桨在破冰过程中全程只提供动力,并不参与击碎冰层的工作。在冰面破裂后,破冰船向前航行,由于冰的密度比水小,碎冰也只会浮在水面,而不会对螺旋桨造成损坏,因此破冰船一般是不用担心螺旋桨被冰碰坏的。不过为了保险起见,破冰船一般都会安装两部动力装置和多个螺旋桨,即使单个螺旋桨被异物缠绕或者损坏,也不影响破冰船的正常工作和自救。
破冰船的螺旋桨不怕被冰碰坏吗?▲俄罗斯“北极”级破冰船

当然浆可以切割冰。

破冰靠船的前龙骨和球隆鼻压冲破冰,螺旋桨在船后水下提供推力,浮冰漂浮水面不能伤害船桨。

一旦冰层厚度超过1.5米,连续式破冰就很难奏效,因为直接撞击这么厚的冰层不仅难以击碎,还可能会让船头受损凹陷甚至破裂漏水,所以必须采用更为经过的冲撞式破冰。这种破冰方式是通过内部水舱调节,将船头吃水变浅,然后加大马力把船头冲上冰面,再将水舱注入船头加大压力,直到把冰面压碎。当冰面破碎后,螺旋桨反转让船后退,再继续冲上前面的冰面,如此反复循环,将厚实的冰层不断破开。这种破冰方式操作复杂,速度较慢,一般每小时最多只能2海里左右的冰面,但是特别适用南北极等冰层较厚的地区。
▲冲撞式破冰

首先,破冰船🚢不是直接撞击破冰的,破冰船的壳体很厚强度很高,船首底部扁平,船舱内前后、左右安装了不同的水箱,所以破冰船实际是靠挤压来碎冰的。破冰船的螺旋桨是特殊设计的,技术复杂,进行了强化处理,并且有保护装置,这在能建造破冰船的国家都是严格保密的。

核动力破冰船的总回报很容易超过最初的生产成本。 目前,俄罗斯经营着世界上所有的核动力破冰船。第一艘于1957年服役,俄罗斯运营着八艘用于各种目的的核动力破冰船。 破冰船结构庞大,重量、体积和动力都有优势,可以在3米厚的冰层上平稳滑行,并将其压碎,为其他船只开辟道路。这使得它们成为北极和俄罗斯冰冻海域非常有用的船只。

破冰船螺旋桨,面对船头碾压的碎冰块,即使再大块,也如同切豆腐一样简单。

第一种没啥可说的,就是撞。破冰船的船头都是至少5厘米厚的钢板,钢板往里则是粗大的钢梁钢柱,极其坚固。厚度不足1.5米的冰层根本扛不住动辄上万吨的破冰船。开足马力一路冲撞,冰层就破碎成渣儿了。


破冰船是一种特殊类型的船舶,其设计目的是打破最厚的冰层,穿越极地冰封水域,使世界上一些最不适宜通行的航路畅通无阻。破冰船不同于其他船只的显著特点是其坚固的船体能够抵御冰层,一种特别设计的破冰形状能够形成一条前进的路径,并具有在海冰中航行的强大能力。

破冰船设计之初,已经考虑进去的,必然承受能力。

从您提的这个问题看,我觉得你对舰船不太了解。为什么呢?因为绝大多数螺旋桨它是安装在整个舰船的后部,或者说尾端。因为在后面呢,前面的船体或舰体把冰都压碎了。这样一来他就不可能遇到坚硬不动的冰块了。打个比方说,人往前走,最可能碰的是额头,鼻孑或脚尖,不可能碰到脚跟。还有一点呢,螺旋桨本身的结构,一般都是用铜来制造的。韧性比较好,而且它比较厚。破冰船的螺旋桨比一般的舰船更结实。所以一般的浮冰是碰不坏它的。但如果遇到暗礁,碰到坚硬石头,旋转的螺旋桨就有可能被打坏。其它一般情况下对它来说是没有关系的。

另外大型破冰船内部一般会有好几个储量上百吨的水罐,分布在船头船尾和左右两边。对付厚冰层时,破冰船先后退,排空前水箱同时注满后水箱,让船头翘起来,再全速前冲,让前半个船身冲到冰面上。如果上千吨的重量仍没有把冰层压垮,破冰船会用水泵将后水箱中几百吨的水抽到船头水箱,增加船头重量,这样一般就可以压碎冰层了。如果嫌开出的航道太窄,破冰船还可以交替抽空、灌满左右两侧的水箱,让船体摇起来,压碎旁边的冰层。
图:工作中的破冰船

螺旋桨的妙用

不怕!

核动力是破冰船行业最新和最先进的动力方式,更适合这些船只从事的艰苦工作。破冰船从事的是高成本密集型工作,主要是因为燃料成本。 平均而言,能在3米厚的冰冻水域工作的破冰船,每天将消耗100多吨燃料,即使是石油开采等高回报工作,这也是一项巨大的投入。这是核动力破冰船经常前来救援的地方。在同样的条件下,核动力船使用的铀不到一公斤,这使得它成为更好的动力选择。此外,这也消除了燃料补给的需要,而这正是这些船只在隐蔽的冰封区域所需要的。

螺旋桨当然怕冰碰坏,大型船只的螺旋桨一般都是采用镍铝青铜材料制造而成,因为普通的钢铁太重,并且在水中容易生锈,不耐空泡腐蚀。而镍铝青铜的密度较低,但是强度更大,不容易锈蚀,持久力和耐空泡腐蚀能力也更强。在二战之前,螺旋桨多为黄铜材料,英国为了建造高速鱼雷艇而研发出了镍铝青铜材料,这种材料在二战结束以后迅速成为大型军舰的标配,无论是航母还是潜艇,又或者是破冰船都是采用这种材料的螺旋桨。
▲镍铝青铜螺旋桨

破冰船配有可以向各个方向转动的螺旋桨,使船能够向后产生足够的推力来破冰。螺旋桨包裹在金属外壳内,避免了海边的破坏。另外海冰被船体推向两边,很少有大块海冰碰到螺旋桨。螺旋桨采用高强度耐低温的青铜合金制造,很难被冰层损坏。

如果这个问题你要进一步了解,你就到一艘船上去看一看。轮船也好,舰艇也好。所有的螺旋桨都是在舰船的后面,破冰船的船体是很结实的,一般的冰就被船压碎了,现代破冰船再厚的冰它也有办法对付,轮不到螺旋桨被冰碰坏。

破冰船终年在危机四伏的冰海中横冲直撞,所以船体的一切都是加强型的。厚实的船底从侧面和正面看都是圆弧形的,这样可以化解水冻结膨胀形成的压力;两到四个螺旋桨则由高硬度钢材铸造,所以它们不止不怕撞到冰块,还能用来做刨冰呢。

拓展

同样,尽管船体结构坚固,但还需要结构加固才能使破冰船有效地履行职责。事实上,破冰船船头的设计是一个重要因素,因为船需要穿过充满冰块的水域。破冰船的船头将被设计成更圆的结构,以帮助船只利用其重量破冰,并在上面行驶。 普通船头的船体有助于它破浪前进,减少船与水之间的摩擦。虽然老式破冰船的外壳厚度高达50毫米,但现代船只使用屈服强度500 MPa的高强度钢,以更少的钢重量和厚度提供增强的强度。船体使用的钢在低环境温度和高负载条件下也能有效抵抗脆性断裂。

破冰船有两种不同的破冰方式,当冰层厚度不超过1.5米时,将发动机马力开至最大,利用速度产生的动能和坚硬的船头不停地撞碎冰层,这种破冰方式可持续性好,每小时可以开辟约5到10海里的航道,因此也被称之为连续式破冰法。
▲俄罗斯核动力破冰船连续破冰

破冰船的特殊设计使其适合执行破冰任务。坚固的船体是破冰船的重要特征之一。具有低冰阻并能根据需要进行不同机动的船体形状极其重要。破冰船采用双层船体,在船底和船侧有两层不透水表面。 船体比其他船只更厚,作为建造材料的钢材将具有抵抗低温强度的特性。为了增强在冰水中的机动性,破冰船有一个倾斜的前部船头,有时是圆形船尾和倾斜的侧面。此外,一些破冰船的特点是船首比船尾宽,以增加其开辟冰道的宽度。

破冰船船体外壳坚硬,船头两部分设计,吃水线以上穿设计和其他船长一样是锐角设计,吃水线以下是平面的,通过这种船体设计衍生两种破冰方法,第一种是船体吃水线部位是平的,通过螺旋桨的推力,把船推上冰层,然后通过船体重量把冰层压破。如果冰层厚度可以承受船体重量,就用第二种方法,船体吃水线下移,用船首锐角反复撞击冰层,直至破裂。这是破冰原理。为了保护螺旋桨在有冰工作环境时候不被坚冰磨损(减少磨损) ,在螺旋桨外装桶形套,家像现在打豆浆破壁机一样。当然比破壁机设计更复杂一些。

提问的你首先要搞清楚弄明白,以冰的密度是漂浮在水上还是沉在水下的。

破冰船是如何工作的,这是因为它们的船体设计。与其他船只不同的是,圆形船头使破冰船的光滑部分更容易滑过厚厚的冰层,从而大大减少了阻力。当船滑过冰面时,它的重量落在冰上,压碎了冰层。 光滑的船体设计有助于将冰推出船外,防止冰进入船的部件并造成损坏。即使在最恶劣的条件下,双层船体结构也能确保船体的完整性。外壳用材料和船体聚合物涂料加固,使其强度更高,减少摩擦造成的损坏。

如果被压碎的冰块太大,它们漂浮在航道中很可能会对后方的船只构成威胁,毕竟普通船只甚至军舰也远没有破冰船结实。这种情况下,破冰船会排空后水箱、灌满前水箱,将船尾翘起来,让两个(或更多)螺旋桨贴近水面,然后开始倒退。坚硬的螺旋桨此时就变成了巨大的碎冰机,旋转切削加撞击,将危险的大冰块刨成碎冰沫。
图:破冰船的螺旋桨

破冰船船头硬的,船底都是动力加热的,都破出一条通道了,推进螺旋桨在船尾水平面下,船体开动挺进挤压碎冰都被排挤到船两侧,即便有小的碎冰也在水面上。而螺旋桨在吃水线以下……

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