一种兼顾开敞水域性能的双向破冰型运输船

技术领域

本发明属于极地船建造与设计领域，具体涉及一种兼顾开敞水域性能的双向破冰型运输船。

背景技术

北极是地球上自然资源最丰富的地区之一，被誉为地球上自然资源的巨大宝库，包括石油、天然气、煤和铁矿石等资源。北极圈内已探明并可用现有技术开发的石油、天然气、液化天然气储量分别高达900亿桶、1669万亿立方英尺和440亿桶，其中石油占世界已探明储量的13％、天然气占30％、液化天然气占20％。北极的贸易航线与通常的巴拿马运河航线相比，航程缩短6000 公里以上，大幅节约了商业运输成本。因此，破冰型运输船具有巨大的市场需求。

通过调研北方海航线的航运统计数据发现，具有破冰能力的运输船在冰区航行和开敞水域中的航行时间各占全年航行时间的50％，在开敞水域的航行中压载吃水航行又占有相当比重。对于采用大球艏，即压载水线处于球艏下半部的破冰型运输船，球艏设置主要目的是减小设计吃水(冰区船的上冰带水线)处兴波阻力，提高开敞水域快速性。该船型在破冰时，上冰带水线处的破冰阻力较大，导致其艏破冰能力变差。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种兼顾开敞水域性能的双向破冰型运输船，旨在达到船艏具有破薄冰能力，船艉具有破中等重冰能力的目的，其所采用的技术方案是：

一种兼顾开敞水域性能的双向破冰型运输船，船舶艏部的艏上部为直艏，直艏与水平面夹角为90°，艏部的艏中部为倾斜艏柱，倾斜艏柱与水平面形成不大于60°的夹角，艏部的艏下部为小球艏，下冰带水线位于小球艏上半部，艏上部、艏中部、艏下部外表面呈流线型。

在船舶艉部艉封板下方设置有排冰槽，排冰槽被船中线分成左右对称两半，排冰槽远离船中线一侧与半勺型破冰艉相连接，排冰槽与破冰艉的交线为艉柱，艉柱与船中线的夹角不大于30°，在艉柱靠近船舯处设置有吊舱平台，在艉柱靠近船艉处设置有三角形过渡板，过渡板将排冰槽、破冰艉的端部与艉封板连接。

排冰槽两侧艉柱之间的距离自船艉向船舯方向逐渐变大，艉柱靠近过渡板的一端高于另一端。本发明将排冰槽与破冰艉相交形成的交线定义为艉线，本发明中的艉线与横向水平面及纵向水平面均形成夹角，即在三维坐标系中，艉线与x轴、y轴、z轴形成的面均存在角度，艉线是立体三维空间里的线，不是二维坐标系中的线，本发明中的艉线区别于现有技术中的艉线，现有技术仅考虑二维坐标系中艉线的走向及角度(即现有技术中排冰槽两侧的艉线是相平行的)，并且，排冰槽与半勺型破冰艉所形成的艉线并不是直直的两条线，其整体呈流线型，从靠近过渡板的一端逐渐向下至另一端。本发明采用这种三维空间立体艉线，优选地，艉线与横向水平面、纵向水平面形成的角度是5～10°，能够更好的利用尾部型线，使得平整冰的失效模式由挤压失效变为弯曲失效，从而降低破冰阻力。

上述一种兼顾开敞水域性能的双向破冰型运输船，更进一步地，船舶位于开敞水域中，压载水线处于小球艏上半部。

上述一种兼顾开敞水域性能的双向破冰型运输船，更进一步地，上冰带水线与艏中部相交。

上述一种兼顾开敞水域性能的双向破冰型运输船，更进一步地，小球艏上半部的最高点不小于8m,小球艏上半部的最低点不大于5m，小球艏上半部的最高点和最低点的纵向距离为3m-4m。

上述一种兼顾开敞水域性能的双向破冰型运输船，更进一步地，小球艏的最大横向半宽距离为1.5m。

上述一种兼顾开敞水域性能的双向破冰型运输船，更进一步地，下冰带水线与小球艏相交，形成不小于120°的夹角。

上述一种兼顾开敞水域性能的双向破冰型运输船，更进一步地，船舶艉部下方的艉柱是两个，吊舱平台也是两个，两个吊舱平台沿船长方向的中心线间距不小于1/2船宽。

上述一种兼顾开敞水域性能的双向破冰型运输船，更进一步地，船舶的螺旋桨梢隙(螺旋桨叶梢和船体的最小距离)为，四分之一螺旋桨直径与一个设计冰厚之中的最大值。

上述一种兼顾开敞水域性能的双向破冰型运输船，更进一步地，过渡板与水平面形成45°角。

上述一种兼顾开敞水域性能的双向破冰型运输船，更进一步地，船舶舯部采用外飘舷侧或垂直舷侧。

本发明的这种双向破冰型运输船结构，兼顾压载吃水下的开敞水域性能和上冰带水线下的艏破冰性能，在船艏具有破薄冰能力，船艉具有破中等重冰能力，具有重要意义。由于考虑破冰型线的需要，破冰型运输船总长要比同载重吨的常规型油船长，总长的增加会导致设计波浪弯矩的增加，从而导致结构重量增加。本发明在船艉设置三角板连接艉封板与艉柱上缘，三角板与水平线的夹角大于艉柱与水平线的夹角，从而减少船长以减轻结构重量。

本发明提升了其在开敞水域中营运的压载水线下的快速性性能，同时保证了其在上下冰带水线处的艏破冰性能；并且在船肿部和船尾部分同样设计了一系列用于破冰的结构，使该破冰型运输船在船艏具有破薄冰能力，船艉具有破重冰能力，使得破冰型运输船在整个营运航线中能够兼顾开敞水域性能和破冰性能的要求。

附图说明

图1是本发明艏部结构示意图；

图2是本发明艉部结构示意图；

图3是本发明舯部结构示意图；

图4是本发明小球艏正面结构示意图；

其中：破冰船的船艏1、船艏上部11、船艏中部12、船艏下部13、破冰船的舯部2、破冰船的艉部3、吊舱平台31、排冰槽 32、破冰艉33、过渡板34、艉封板35、艉柱36、上冰带水线41、压载水线42、下冰带水线43、A-小球艏上半部的最高点、B-小球艏上半部的最低点、C-小球艏最大半宽点。

具体实施方式

结合附图对本发明做进一步说明。

一种兼顾开敞水域性能的双向破冰型运输船，如图1所示，船舶艏部的艏上部为直艏，直艏与水平面夹角为90°，艏部的艏中部为倾斜艏柱，倾斜艏柱与水平面形成不大于60°的夹角，艏部的艏下部为小球艏，下冰带水线位于小球艏上半部，艏上部、艏中部、艏下部外表面呈流线型。能有效的压断冰层，满足俄罗斯船级社规范ARC4及以上冰级破冰要求，船艏中部与上冰带水线相交，两者之间的交角为57°。

船艏下部13为小球艏，下冰带水线处于小球艏上半部，破冰方式为向上拱冰，两者之间的交角为144°，不小于120°，能够满足俄罗斯船级社规范ARC4及以上冰级的破冰要求，该处线型为勺型破冰型线。

开敞水域中营运的压载水线处于小球艏上半部，球艏的兴波与主船体的首横波形成有利干扰，使得兴波阻力得以降低，从而提升了其在开敞水域中营运的压载水线42下的快速性性能，同时保证了其在上冰带水线下的艏破冰性能。

如图4所示，小球艏上半部的最高点A为8.4m,最低点B为 4.8m；小球艏上半部的最高点A和最低点B的纵向距离为3.5m，小球艏的最大横向半宽距离(即AC之间的水平距离)为1.5m。

该破冰型运输船的船舶舯部采用外飘舷侧或垂直舷侧，如图 3所示，船舯舷侧倾斜方案可在结构吃水和压载吃水相差不大，或者没有压载工况的船型上适用，例如极地箱船。对于破冰型油船或者散货船，当压载工况靠港时，压载水线以上的舷侧部分容易撞向岸边，因此破冰型油船或者散货船的肿部仍为垂直舷侧设计。

如图2所示，在船舶艉部艉封板下方设置有排冰槽，排冰槽被船中线分成左右对称两半，排冰槽远离船中线一侧与破冰艉相连接，破冰艉是半勺型破冰艉，排冰槽与破冰艉的连接线为艉柱，艉柱与水平线的夹角不大于30°，在艉柱靠近船舯处设置有吊舱平台，在艉柱靠近船艉处设置有三角形过渡板，过渡板将排冰槽、破冰艉的端部与艉封板连接。艉封板垂直于该破冰型运输船的艉部，艉封板与艉柱的上缘之间通过与水平面成45°的过渡板连接，艉封板的下缘完全位于冰带加强区以上，45°的过渡板的设置能够减小船长，降低船舶结构重量。

排冰槽与半勺型破冰艉的交线即艉柱，艉柱的上边缘处于上冰带水线以上，与水平线的夹角为22°，不大于30°，能有效的压断冰层，满足俄罗斯船级社规范ARC7及以上冰级破冰要求。结合图2及图3可看出，本发明中的艉线与横向水平面及纵向水平面均形成夹角，即在三维坐标系中，艉线与x轴、y轴、z轴形成的面均存在角度，艉线是立体三维空间里的线，不是二维坐标系中的线，并且，排冰槽与半勺型破冰艉所形成的艉线并不是直直的两条线，其整体呈流线型，从靠近过渡板的一端逐渐向下至另一端。本发明采用这种三维空间立体艉线，能够更好的利用尾部型线，使得平整冰的失效模式由挤压失效变为弯曲失效，从而降低破冰阻力。

吊舱平台为两个，沿船宽横向布置，吊舱平台沿船长方向的中心线间距不小于1/2船宽。

排冰槽与半勺型破冰艉的交线艉柱与纵剖面之间的夹角为 14°，向船体中心线方向内倾,有利于将碎冰排向舷侧以减轻碎冰向船底滑动而冲击螺旋桨及艉鳍。本破冰型运输船的螺旋桨梢隙, 取四分之一螺旋桨直径或一个设计冰厚，两者之间取大值。