，，

(南通中遠(yuǎn)川崎船舶工程有限公司，江蘇 南通 226005)

北極航道具有巨大的航運(yùn)、經(jīng)濟(jì)、戰(zhàn)略價值。但是北極環(huán)境下，船舶將面對很多危險和挑戰(zhàn)，如過低的氣溫和浮冰、惡劣的天氣、缺少準(zhǔn)確的定位導(dǎo)航和通信系統(tǒng)等。2017年1月1日正式生效的極地航行規(guī)則尤其關(guān)注極地船舶的安全和環(huán)保。公司在2016年建造的3 800車位雙燃料汽車滾裝船，具有勞氏船級社1AS的高冰級符號,航行于波羅的海海域。通過冰區(qū)加強(qiáng)型船舶的設(shè)計建造，積累了一些實(shí)船經(jīng)驗。在一些新造船項目談判中，船東有意向在技術(shù)規(guī)格中增加冰區(qū)加強(qiáng)的技術(shù)要求，以滿足開拓市場的需要。針對船東在極地運(yùn)輸船舶市場的要求，公司自主研發(fā)了2.8萬t極地多用途船。結(jié)合極地多用途船的研發(fā)過程以及3 800車位冰區(qū)加強(qiáng)型汽車滾裝船的設(shè)計建造經(jīng)驗，介紹極地航行規(guī)則生效后的總體設(shè)計要點(diǎn)。

1 冰級和吃水

各主要船級社、國際船級社協(xié)會IACS和相關(guān)國家機(jī)構(gòu)等都已制定了冰區(qū)船舶相關(guān)的規(guī)范和法規(guī)條文。目前普遍采用的當(dāng)年冰冰區(qū)加強(qiáng)規(guī)范有芬蘭和瑞典海事局制定的《芬蘭-瑞典冰級規(guī)則》(FSICR)[1]。此類規(guī)范首先依據(jù)各海區(qū)冰情統(tǒng)計資料對其劃分冰級，進(jìn)一步對該航區(qū)內(nèi)的冰區(qū)船舶劃分等級，提出船舶結(jié)構(gòu)加強(qiáng)、推進(jìn)系統(tǒng)等方面的對應(yīng)要求。

冰級確定對結(jié)構(gòu)設(shè)計、主機(jī)功率、螺旋槳、設(shè)計溫度、成本等方面均有影響。船舶設(shè)計前充分調(diào)研設(shè)計航線的冰情、極地航行的時間、運(yùn)營條件(如獨(dú)立航行還是由破冰船引航)、類似船型的冰級，綜合考慮破冰費(fèi)用、冰區(qū)加強(qiáng)成本、增加功率和油耗的費(fèi)用，并與船東協(xié)商確定合適冰級。IACS根據(jù)航行季節(jié)和層冰厚度，將冰級分為PC1～PC7。其中：PC1～PC5冰級船能夠全年航行于極地海域，冰區(qū)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)造成載重量損失，主機(jī)功率也大幅增加，對商船營運(yùn)經(jīng)濟(jì)性不利。適合在北極浮冰中航行的船舶應(yīng)具有冰級符號PC6和PC7。PC6冰級表示夏秋季節(jié)在中等厚度的可能包含舊雜冰的當(dāng)年冰中營運(yùn)，PC7冰級表示夏秋季節(jié)在當(dāng)年薄冰中營運(yùn)。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，貨船一般選擇夏秋季節(jié)航行于北極航道，因此PC6、PC7較為合適。

北極附近港口的規(guī)模不大，海峽比較多，因此，船舶主尺度不宜過大。東北航道的桑尼科夫海峽水深最淺處為12.8 m。西北航道中，多芬海峽部分水域水深小于10 m，雷伊海峽部分水深在5～18 m之間。因此極地航行船的吃水也有所限制，設(shè)計時要根據(jù)目標(biāo)航行路線和季節(jié)、靠泊港口確定吃水。確定好船舶吃水后，根據(jù)冰區(qū)的裝載工況，確定冰帶范圍。根據(jù)FSICR規(guī)則和船級規(guī)范，冰區(qū)吃水包括高位、低位吃水，其間為冰區(qū)裝載工況允許的吃水范圍。高、低位吃水間以及上下延伸的區(qū)域為冰帶，是需要結(jié)構(gòu)加強(qiáng)的區(qū)域。該區(qū)域一般采用橫骨架式結(jié)構(gòu)，以獲得較高的抗冰強(qiáng)度，鋼材需要有較好的耐低溫性能。冰區(qū)高位吃水可以取滿載時淡水吃水。低位吃水一般為壓載吃水，也可取重壓載吃水。低位吃水較大，可以減小冰帶及冰區(qū)加強(qiáng)的范圍，減輕空船重量和成本，同時增大螺旋槳的浸沒率。

2 穩(wěn)性

極地規(guī)則要求完整穩(wěn)性計算中考慮結(jié)冰的影響，暴露的露天甲板和舷梯按照30 kg/m2，水面以上兩舷的側(cè)投影面積按照7.5 kg/m2計算結(jié)冰的重量，且設(shè)計上應(yīng)考慮減少積冰的措施，如通道上增加加熱設(shè)備[2]。

極地規(guī)則要求極地船舶能承受海冰撞擊穿透船體導(dǎo)致的進(jìn)水，對抗沉性的要求高于常規(guī)水域，因此需計算極地環(huán)境下的破艙穩(wěn)性。具體流程如下：

1)首先確定破損前的初始完整工況，初始工況為SOLAS規(guī)范II-1/7章概率破艙計算中的所有工況，即最深分艙吃水ds、輕載航行吃水dl、部分分艙吃水dp對應(yīng)的假定工況。

2)按照規(guī)則對縱向、橫向和垂向的破損范圍以及破損沿船寬或船長方向的位置的規(guī)定，確定多個最危險的破損艙組合。

①對于破損中心點(diǎn)位于高位冰區(qū)水線的最大船寬處前方時，縱向破損范圍為高位冰區(qū)水線長度的4.5%，否則為高位冰區(qū)水線長度的1.5%。

②橫向破損范圍為整個破損范圍內(nèi)，垂直于船殼板向船中760 mm。對于單殼貨船，橫向破損會導(dǎo)致貨艙進(jìn)水，破艙穩(wěn)性較難滿足規(guī)范要求。因此，極地航行船舶應(yīng)設(shè)寬度760 mm以上的雙殼舷側(cè)結(jié)構(gòu)。

③垂向破損范圍是冰區(qū)高位水線吃水的最大裝載吃水20%或者縱向破損范圍長度中的小者，破損中心假定位于龍骨板至1.2倍冰區(qū)高位吃水之間的垂向位置。

3)計算出船舶破損后的殘余穩(wěn)性、浮態(tài)。

4)將破艙穩(wěn)性計算結(jié)果與規(guī)則中要求的衡準(zhǔn)進(jìn)行比較。

撞冰破損后的剩余穩(wěn)性，應(yīng)使得生存概率因子Si在所有裝載工況都等于1。生存概率因子，即概率論破艙穩(wěn)性計算中的Si。

2.8萬t極地多用途船在開發(fā)中，發(fā)現(xiàn)極地破艙穩(wěn)性不滿足要求。如表1，DS1.2/PC-17、DS1.2/PC-18、DS1.2/PC-32三種工況(初始完整工況：最深分艙吃水DS、縱傾1.2 m)下的生存概率因子Si未達(dá)到1。原因在于艙室破損后的最終水線低于可能發(fā)生繼續(xù)浸水的開口的下緣，最大復(fù)原力臂未達(dá)到規(guī)范要求的0.12 m。計算發(fā)現(xiàn)，提高最深分艙吃水對應(yīng)的初穩(wěn)性高值和降低初始縱傾，均可滿足規(guī)范要求。但注意到SOLAS規(guī)范中分艙與破艙穩(wěn)性部分要求初始縱傾在考慮±0.5%Ls(分艙長度)范圍后應(yīng)包括所有營運(yùn)縱傾，因此如果降低計算中選取的初始縱傾值，則裝載手冊中的營運(yùn)載況縱傾范圍將受到一定限制?？紤]到營運(yùn)裝載工況的初穩(wěn)性高均大于提高后的結(jié)果，因此設(shè)計中通過提高部分空氣管頭高度和初始工況初穩(wěn)性高來滿足規(guī)范要求。

表1 原設(shè)計方案破損計算結(jié)果

極地破艙穩(wěn)性計算中如遇到不滿足衡準(zhǔn)要求，需要調(diào)查不同破損工況具體的原因，并從提高空氣管頭等開口的高度和初始完整工況的初穩(wěn)性高、降低初始縱傾、改變艙室劃分、修改型線等角度，改善破艙穩(wěn)性性能。但是提高初始完整工況的初穩(wěn)性高、降低初始縱傾會對實(shí)際營運(yùn)裝載工況帶來限制，空氣管頭設(shè)計得過高會影響貨物裝載，因此要平衡各種措施的利弊，采用多種方法相結(jié)合以達(dá)到所需的效果。

3 主機(jī)功率

常規(guī)海域航行時的主機(jī)功率由船的敞水阻力決定。極地浮冰中低速航行時(如5 kn航速)主機(jī)推進(jìn)功率取決于冰阻力和敞水阻力之和。主機(jī)功率不足會導(dǎo)致船舶在浮冰中的航速下降，嚴(yán)重時船舶被困在冰區(qū)。因此,確保極地冰區(qū)船舶具有足夠的主機(jī)功率是必要的。極地冰區(qū)主機(jī)功率參考船級規(guī)范或FSICR規(guī)則[3]計算。該方法考慮冰塊厚度參數(shù)、船舶艏部型線參數(shù)和螺旋槳參數(shù)等，還需分別計算高位冰區(qū)水線及低位冰區(qū)水線所需的最小主機(jī)功率，并取大者。主機(jī)最小推進(jìn)功率公式如下[1]：

(1)

式中：Pmin為最小主機(jī)功率；Ke為傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)形式因子；RCH為碎冰甬道中的阻力；DP為螺旋槳直徑。

式中RCH如果使用FSICR規(guī)則中的公式計算，推進(jìn)系統(tǒng)形式因子Ke可由表1或直接計算方法確定。RCH如果采用冰池試驗獲得，Ke應(yīng)采用基于實(shí)槳數(shù)據(jù)的直接計算方法確定，確保推進(jìn)系統(tǒng)產(chǎn)生足夠的推力克服冰阻力。FSICR規(guī)則導(dǎo)則中給出了計算Ke的替代方法[3]。

表2 Ke取值

文獻(xiàn)[4]統(tǒng)計過裝備調(diào)距槳情況下，幾種載重噸船型在不同冰級時所要求的最小推進(jìn)功率，對于安裝定距槳的冰區(qū)船，需要在此基礎(chǔ)上增加11%的功率。設(shè)計初期可以將公式計算結(jié)果與統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行對比。

由于冰區(qū)阻力與艏部型線有關(guān)，對于2.8萬t極地多用途船主機(jī)功率計算，設(shè)計了5種艏部型線，計算出主機(jī)功率，如表3。

表3 主機(jī)功率計算

由表3可見，高位水線(UIWL)相比低位水線(LIWL)的功率結(jié)果均大，因此按照高位水線對應(yīng)的功率選擇主機(jī)功率。第2種線型對應(yīng)的主機(jī)功率最小為11 381 kW,但是船體型線為理論化的參數(shù)，實(shí)際操作難度大，對貨艙等主體結(jié)構(gòu)布置變化很大。對比幾種型線計算所得的主機(jī)功率，功率差別有限，并權(quán)衡布置等因素，選擇第3種線型(case 3)作為最終線型。對于相同的線型參數(shù)，根據(jù)主機(jī)功率計算式(1)和表2，選用調(diào)距槳Ke系數(shù)為2.03，而定距槳的Ke系數(shù)為2.26，因此，主機(jī)功率可比定距槳降低10%，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)艙尺寸較小、貨艙裝載量最大化。因此功率選用調(diào)距槳的計算結(jié)果。

ABS船級社認(rèn)為FSICR規(guī)則要求的主機(jī)功率過高，因此制定了冰級指導(dǎo)文件，用以指導(dǎo)不同冰級功率的計算。其中提到直接利用設(shè)計槳的系柱特性方法確定Ke，先采用規(guī)范計算得到5 kn航速時的冰阻力，然后根據(jù)5 kn航速時克服冰的阻力計算所需要的系樁拉力，最后根據(jù)槳的特性計算產(chǎn)生系樁拉力所需的主機(jī)功率[5]。以一艘1A冰級的Aframax型油船為例，先用冰區(qū)模型試驗確定冰區(qū)阻力，然后用ABS方法計算功率，可比用FSICR規(guī)范計算的冰阻力再計算的主機(jī)功率降低40%左右[6]。

FSICR規(guī)則關(guān)于主機(jī)功率的規(guī)定是基于冰區(qū)航行船舶需在碎冰甬道中維持5 kn航速，適用于中小型船舶，如主尺度不大的多用途船。規(guī)則中明確功率計算公式不適用于船寬超過40 m的船舶，并建議對于排水量超過7萬t的船舶采用冰池船模試驗的方法確定阻力。因此，對于極地大型運(yùn)輸船如油輪和液化天然氣(LNG)船,建議采用冰池船模試驗確定冰阻力，然后根據(jù)設(shè)計螺旋槳的參數(shù)，直接計算出克服冰區(qū)阻力所需的功率，依此方法來選擇主機(jī)機(jī)型較為經(jīng)濟(jì)。

由于調(diào)距槳CPP可以通過改變螺距，在不同的船速下保持其原有的水動力性能，因此CPP可以在不同的船速下，保持它的轉(zhuǎn)速作為MCR功率下的主機(jī)轉(zhuǎn)速。但是對于定距槳FPP，當(dāng)在極地冰區(qū)船速很低時，為了維持其轉(zhuǎn)速作為MCR功率對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，主機(jī)需要提供更多的功率來克服原有船速時的高水動力轉(zhuǎn)矩。因此，選擇定距槳或調(diào)距槳，對于確定主機(jī)功率是不同的。以下給出由冰池試驗結(jié)果確定冰區(qū)阻力，并根據(jù)設(shè)計槳的水動力特性直接計算主機(jī)功率的流程。

1)水池試驗，測量設(shè)計航速時的敞水阻力。

2)確定敞水阻力曲線。

(2)

式中：ROW為敞水阻力；Cr為常數(shù)系數(shù)；Vs為船速。

3)進(jìn)行冰池試驗得到極地冰區(qū)要求的航速(如5 kn航速)時的冰阻力。

4)設(shè)計螺旋槳，建立槳的敞水推力系數(shù)kt和轉(zhuǎn)矩系數(shù)kq曲線。

(3)

(4)

式中：ρ為海水密度;n為主機(jī)轉(zhuǎn)速;D為槳徑;J為槳的進(jìn)速系數(shù)。

5)對于定距槳，按照式(5)確定螺旋槳的轉(zhuǎn)速n。

Tnet≥Ri

(5)

調(diào)距槳，轉(zhuǎn)速n為主機(jī)MCR功率時的轉(zhuǎn)速。

在冰區(qū)航行時，槳推力要克服敞水阻力和冰阻力，即T≥ROW+Ri。T為槳發(fā)出的推力；Ri為冰阻力。T-ROW為冰中靜推力，等效于Tnet。V=Vs(1-w),w為伴流系數(shù)。

6)根據(jù)式(6)確定最小主機(jī)功率。

(6)

式中:n為轉(zhuǎn)速;nMCR為主機(jī)MCR功率對應(yīng)的轉(zhuǎn)速；PMCR為主機(jī)MCR功率，并且與轉(zhuǎn)矩限制曲線功率與轉(zhuǎn)速的平方成正比。

4 螺旋槳選型設(shè)計及舵保護(hù)

螺旋槳設(shè)計需綜合考慮冰區(qū)航行和非冰區(qū)航行工況，以滿足不同航行工況下的性能要求，可調(diào)螺距螺旋槳由于能調(diào)整螺距和主機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)槳與主機(jī)的匹配，操縱性更優(yōu)，因此更適合極地航行的多工況船舶。根據(jù)FSICR規(guī)范主機(jī)功率計算公式，配備調(diào)距槳替代定距槳，還能夠減少10%的主機(jī)功率。極地冰區(qū)航行船舶的螺旋槳槳葉受到冰層的撞擊容易損壞，調(diào)距槳槳葉的維修和拆卸比定距槳也較為方便。

螺旋槳的強(qiáng)度設(shè)計是除極地冰區(qū)主機(jī)功率以外推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計的另一個重要項目。按照冰級規(guī)范，螺旋槳的強(qiáng)度要進(jìn)行有限元分析，確保螺旋槳在冰區(qū)航行時的安全。因此，螺旋槳設(shè)計除了按照普通槳的設(shè)計流程進(jìn)行設(shè)計外，還要根據(jù)槳的數(shù)據(jù)庫和規(guī)范中的強(qiáng)度要求對槳的參數(shù)進(jìn)行修正，最終確定槳的參數(shù)。

螺旋槳設(shè)計載荷是進(jìn)行強(qiáng)度分析的前提。根據(jù)船舶在冰區(qū)航行過程中螺旋槳與冰塊相互作用的特點(diǎn)，螺旋槳的設(shè)計載荷分為最大向后力Fb和最大向前力Ff。Fb為旋轉(zhuǎn)螺旋槳切削冰塊時，使槳葉向船艉方向彎曲的力;Ff為冰塊與螺旋槳碰撞時，使槳葉向船艏方向彎曲的力。FSICR規(guī)則中對Fb定義如下。

(7)

(8)

(9)

Ff定義如下。

(10)

(12)

式中:對于調(diào)距槳，n為MCO功率下螺旋槳轉(zhuǎn)速，對于定距槳，n為MCO功率下螺旋槳額定轉(zhuǎn)速的85%，r/s；d為槳轂直徑,m；D為槳徑，m；EAR為槳葉盤面比；z為槳葉數(shù)；Hice為撞擊螺旋槳最大冰塊的厚度，m。

螺旋槳強(qiáng)度按照表4給出的5種工況進(jìn)行校核，槳葉的強(qiáng)度需滿足以下要求。

(13)

式中:σref2為參考應(yīng)力，取式(14)、(15)計算的小者。

σref2=0.7σu

(14)

σref2=0.6σ0.2+0.4σu

(15)

式中：σ0.2為槳葉材料的屈服強(qiáng)度，MPa；σu為槳葉材料的抗拉強(qiáng)度，MPa；σst為設(shè)計載荷作用下的計算等效應(yīng)力，MPa。

表4 冰區(qū)螺旋槳設(shè)計載荷工況(R為槳葉的半徑)

冰區(qū)船的推進(jìn)系統(tǒng)也有采用吊艙式推進(jìn)器的，如三星重工建造的7萬t重噸北極穿梭油船Vasily Dinkov號[8]，吊艙可作360°全回轉(zhuǎn)，同時能起到舵的作用，船舶的操縱性能和緊急機(jī)動性能較好，在極地冰區(qū)航行時具有較大優(yōu)勢。

冰區(qū)倒車航行時，層冰被船尾擠碎，浮冰向船體下部移動，對舵葉和螺旋槳破壞嚴(yán)重。在船尾冰區(qū)低位水線附近布置冰刀，推開舵周邊的浮冰，避免舵受到浮冰正面的沖擊力，同時舵受到?jīng)_擊而偏離船中造成偏航的概率大為降低。冰刀布置時，重點(diǎn)考慮強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)男螤?。冰刀的最低處位于冰區(qū)低位吃水以下，以達(dá)到排開碎冰的作用。而正車航行時，冰刀對船舶快速性影響較小，可以忽略。圖1為2.8萬t極地多用途船艉部布置示例。

5 海水吸入箱設(shè)計

船舶的海底門與海水吸入總管直接相連，吸入海水供船上各系統(tǒng)用，如消防、冷卻、壓載等系統(tǒng)。如果在極地航行時海底門被冰塊堵塞，將影響各海水冷卻系統(tǒng)的工作，嚴(yán)重時可能會造成船舶停機(jī)停航。因此極地冰區(qū)加強(qiáng)船舶的海水吸入箱，其中之一的海水分隔間設(shè)在靠近船舯處，且遠(yuǎn)離船尾。海水吸入箱位于舭部，并設(shè)計成凸字形，利用海冰密度小于海水的特性，以使海冰聚集在海水吸入箱頂部，這樣海冰遠(yuǎn)離泵吸口，機(jī)器的海水冷卻泵吸口位于海水分隔間頂部，通海排出管路應(yīng)連接在海水箱頂部，利用海水冷卻機(jī)器后的余熱消融海水箱頂部的浮冰。對PC6/PC7冰級標(biāo)志船舶計算海水吸入箱容量時，每750 kW船舶發(fā)動機(jī)輸出功率(包括輔機(jī)的輸出功率)計1 m3。同時海水吸入箱具有足夠的高度，以使冰積聚在海水吸入箱的上方，所有的排出閥布置在船舶處于任何吃水狀態(tài)下排水均不受冰塊所阻的部位。同時，布置蒸汽接管或加熱盤管供海水吸入箱除冰及融冰用。2.8萬t極地多用途船海水吸入箱設(shè)計見圖2。

6 綠色環(huán)保設(shè)計

6.1 燃油艙雙殼保護(hù)

極地規(guī)則擴(kuò)大了MARPOL公約中燃油艙雙殼保護(hù)的范圍，對于總?cè)加脱b載容量小于600 m3的A類和B類船舶，所有燃油艙也需與船體外殼隔離，且距離不小于0.76 m。但不適用于最大單個容量不大于30 m3的小燃油艙。對于布置在雙層底內(nèi)的燃油溢流艙和污油艙等，艉部型線收縮，設(shè)置雙殼的難度較大，如果單個艙的容量大于30 m3，可以分隔油艙減少艙容。

6.2 低硫措施

為了在硫限制排放區(qū)域滿足規(guī)范要求，同時減少極地航行時硫化物的排放，可以布置低硫燃油艙，鍋爐、柴油機(jī)燃油泵相應(yīng)根據(jù)低硫燃油的粘度、潤滑特性選取。或者采用新型推進(jìn)系統(tǒng)，如采用支持燃油和天然氣兩種燃料的新型主機(jī)，則可以減少二氧化硫和二氧化碳的排放，適應(yīng)極地規(guī)則對環(huán)境保護(hù)的要求。

6.3 壓載水管理

隨著壓載水公約生效，同時滿足極地規(guī)則中的排放推薦標(biāo)準(zhǔn)，考慮D-2條的壓載水性能標(biāo)準(zhǔn)的壓載水管理，需安裝壓載水處理設(shè)備。

7 防凍設(shè)計

極地常有冰雪天氣，對船舶操作帶來不利影響，因此設(shè)計時需特別考慮。如暴露在甲板上的錨泊系泊設(shè)備盡量布置到半封閉的場所內(nèi)，確保纜機(jī)錨機(jī)在冰雪環(huán)境下仍然可以使用。對通往錨絞機(jī)操作區(qū)域的暴露通道，提供加熱措施，保證通道無冰。根據(jù)極地規(guī)則，暴露的脫險通道應(yīng)防止結(jié)冰，在脫險通道甲板上布置加熱裝置。另一種方案是將脫險通道布置在室內(nèi)區(qū)劃。救生艇、救生筏、救助艇等安全救生設(shè)備也應(yīng)盡量布置在結(jié)構(gòu)內(nèi)部或使用加熱帆布罩保護(hù)。對登輪點(diǎn)至救生設(shè)備的通道，布置加熱裝置保證人員安全到達(dá)救生設(shè)備。通向暴露區(qū)劃的門框內(nèi)需設(shè)置伴熱電纜，防止門結(jié)冰影響通行。

對極地航行船舶水艙壓載水線以上的區(qū)域需要有融冰裝置。2.8萬t極地多用途船根據(jù)船型特點(diǎn)，從節(jié)能降耗出發(fā)，采用蒸汽回路對壓載水艙進(jìn)行加熱融冰。

駕駛室布置時，規(guī)則要求有清晰的前后視野，一種設(shè)計是駕駛甲板延伸到兩翼并采用封閉結(jié)構(gòu)，這樣便于靠泊時觀察兩舷的冰情。

普通電羅經(jīng)不能滿足極地高緯度的精度要求，需要配置光纖電羅經(jīng)導(dǎo)航設(shè)備。羅經(jīng)甲板上的天線需提供加熱設(shè)備或保護(hù)罩防止結(jié)冰或被雪覆蓋。

8 結(jié)論

相對于常規(guī)貨船，極地運(yùn)輸船舶總體設(shè)計需要圍繞低溫結(jié)冰等因素展開。

首先需要在充分調(diào)研冰情、極地航行時間、運(yùn)營條件、成本費(fèi)用等基礎(chǔ)上，確定合適的冰級，依此開展總體設(shè)計。根據(jù)吃水范圍確定冰帶，據(jù)此進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。其次，極地規(guī)則要求考慮結(jié)冰時的破艙穩(wěn)性，對總體布置設(shè)計產(chǎn)生影響，需要針對具體情況，采取提高開口高度、完整裝載工況時的初穩(wěn)性高、改變艙室劃分等多種方法，以改善極地破艙穩(wěn)性。

主機(jī)功率依賴于艏部線型，采用冰區(qū)規(guī)范確定，但對于大型船舶,計算結(jié)果往往偏大，如采用冰池試驗也能得到準(zhǔn)確的結(jié)果，而且也有利于降低功率、優(yōu)化主機(jī)選型。本文提出基于冰池試驗結(jié)果，采用設(shè)計槳的水動力特性，直接計算出主機(jī)功率的方法。

極地冰區(qū)螺旋槳的參數(shù)需要根據(jù)槳的數(shù)據(jù)庫和規(guī)范中的強(qiáng)度要求進(jìn)行修正。在船體艉部冰區(qū)低位吃水線處布置冰刀，倒車時減少浮冰對槳和舵的破壞。防低溫設(shè)計方面，暴露在甲板上的操作設(shè)備、安全救生設(shè)備、脫險通道、壓載水艙等，考慮不同的防凍對策。

極地運(yùn)輸船舶的設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)很多，需要考慮安全、環(huán)保、使用效能、航行性能等因素，更多地融入船東的用船習(xí)慣，優(yōu)化布置和設(shè)計。同時也要平衡經(jīng)濟(jì)性，避免造成建造成本和運(yùn)營成本大幅度上升。

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[2] IMO. Resolution MSC.385(94) international code for ships operating in polar waters (polar code)[S].2015.

[3] Finnish Maritime Administration. Guidelines for the application of the Finish-Swedish Ice Class Rules[S]. Helsinki: Finnish Maritime Aclministration,2008.

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[5] ABS. Guidance Notes on Ice Class[S].2005.

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