摘要：南北两极地区科考活动、资源开发、旅游等项目的深度开展导致对极地航运需求的增加，给极地船舶提出了更高的要求。本文对极地船舶的结构特点进行分析研究，为极地船舶的改造升级提供参考。
关键词：极地船舶；结构；外板钢材
引言
全球变暖加剧和北极航线的开通给人们造访极地地区提供了更便利的条件，但在船舶航行过程中，冰排撞击、长时间的低温侵蚀等恶劣条件会对极地船舶的船体产生一定伤害，因此极地船舶结构的稳定性及强度至关重要，有必要对极地船舶的结构特点进行分析。
1极地范围及船舶分类介绍
北极水域位于北纬58°00′00″、西经42°00′00″-北纬64°37′00″、西经035°27′00″-北纬67°03′90″、西经026°33′40″-北纬70°49′56″、西经008°59′61″-JAN MAYEN南岸-BJORNOYA岛-北纬68°38′29″、东经043°23′08″，-亚洲北岸大陆-白令海峡-北纬60°-西经056°37′10″-北纬58°00′00″、西经042°00′00″等连线的北部。北极航道包括加拿大沿岸的西北航道和西伯利亚沿岸的东北航道两条。其中东北航线连接五大海域的10个主要海峡，北极航道的开通大大缩短了从太平洋到大西洋的航程，节约运输成本的同时还避免了遭遇海盗的危险。
极地船舶主要包括在极地水域航行的客船以及吞吐量在500吨以上的船只，不同的极地水域对航行船只的结构要求不同，可根据航行水域将极地船舶分为三大类：（1）A类船舶：适用于中厚当年冰以上及可能包含旧冰的水域；（2）B类船舶：适用于除A类水域外，薄当年冰以上并可能包含旧冰的水域；（3）适用于情况好于A、B类水域的其他水域。此外，极地船舶可被更细致的划分为七类——PC1～PC7。其中A类船舶要符合PC1-5的要求，B类船舶要符合PC6-7的要求[1]。
2极地船舶的结构特点
极地航行的传船舶长期处于低温的情况下，对船舶船体的材料提出了一定的要求。此外，船型的设计要求其在水下能够抵御冰排的撞击，承受住相应的荷载。船舶内部使用的各种管路、轴承以及船上的通讯设备都容易在长期的低温下受到影响。因此在进行极地船舶设计工作时，要充分考虑到气温对各种材料、设施的影响。
2.1极地船舶船体材料的特点
极地船舶的相关管理规范对船舶船体所使用的钢材的级别以及船体的结构进行了规定。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆极地船舶上使用的钢材以船体吃水线为分界线可分为露天外板和浸没外板两种，吃水线以上的部分为露天外板，吃水线以下的部分为浸没外板，两种外板在钢材的使用上有不同的要求。由于船体不同位置所接受的荷载程度不同，可将船体由上而下分为艏部区、艏部过渡区、船舯区、艉部区四个区域。其中后四个区域又可在垂直方向上分为三个区域，即底部区、下部区和冰带区。
极地船舶的船体材料根据使用部分的不同可分为两个等级，其中一级材料使用区包括：（1）暴露在海水和空气中的全部主、次要构件以及船舯0.4L以外的结构构件。（2）连接暴露在海水和空气中的板材相连接的各种船舷内的骨架系统构件，其中包含与外板距离600mm以内的相邻船体构件。（3）货仓区域暴露在空气内的板材和相关的骨架系统；二级材料使用区域包括：（1）艏部区和艏部过渡区处于冰带区的船体外板。（2）艏柱及艉框架、舵、螺旋桨导流管、挂舵臂、艉轴架、冰艉鳍等易受冰载荷冲击的附件板材。（3）所有暴露在海水中和空气中的特殊部分。极地船舶的船体材料要同时满足国际船级社协会及上诉分类的要求，露天板材中，对于船舯0.4L以内和以外也有不同的要求。船舯0.4L以内的次要构件，如普通露天甲板等、主要构件，如轻载水线以上的纵舱壁等、强力构件，如纵舱壁上的甲板板等的材料要求分别为一级、二级、三级。而船舯0.4L以外的部分要求相对较低，主要构件和次要构件要求一级，强力构建要求二级。通过上述分析可以发现，对船舯0.4L以内的强力构件和主要构件的材料等级要求较高。一级、二级、三级材料在不同温度下，对应的钢板级别也不同。温度越低，钢板厚度越大，材料在低温环境下受到冲击的韧性要求越高。
在极地船舶的设计中，与普通船舶最大的区别在于将船舶的冰载荷能力加入到设计的考虑范围内。除了要求极地船舶达到正常船舶的船体强度外，将其在极地水域航行中船体各个部位可能承受的负荷及与冰排的碰撞摩擦情况也作为影响因素，加入到船体结构设计的考察范围内。此外，船舶在极地水域航行中船舶外板的磨损程度、腐蚀程度也要根据航行水域的不同及所处的船体位置进行严格的要求。
2.2极地船舶船型的特点
目前在北极航道上运行的极地船舶大多由上世纪80年代的前苏联设计制造，这些船舶类似于杂货船可纵向排列3到4个装运物品的货仓，舱口盖及部分货仓内可装载集装箱。根据装载量的不同可将目前的极地船舶分为两类，其中中型极地船舶可装载2万吨货物，船长170m、宽22m、航速18节左右，具有一定的破冰能力且大多由柴油机提供动力；大型极地船舶可装载3.5万吨货物，船长达260m、宽32m、航速20节左右，大多使用蒸汽机轮提供动力。其中包含一些采用核动力的船舶，具有较强的破冰能力[2]。
俄罗斯的极地船舶给未来船舶的设计提供了重要的参考，根据极地航行的特殊性，目前已经提出了一些船舶改进办法。如将驾驶舱前置于船艏处以便于瞭望、双壳结构的设计、导管螺旋桨的升级等。相信随着科技的进步和研究的进一步深入，未来的极地船舶能更符合极地的航行要求，为极地科考、运输、旅游等人类活动提供更多便利。
结论：极地船舶设计的主要关注点在于不同的极地水域情况以及不同的船体位置所受到的冰载荷情况不同，在具体设计制造过程中，要根据航行区域的特点确定船舶的类型，依照相关的规定并结合实际确定极地船舶的各种参数，以保证在实际航行中的安全性和稳定性，保证船舶使用寿命。
参考文献：
[1]张浩辉.极地船舶结构疲劳分析方法研究[D].哈尔滨工程大学，2018.
[2]何光伟.大型极地船舶结构的特殊设计[J].广船科技，2017，37（04）：1-7.
论文作者:乐挺1,徐宝居2,王辉1
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/25
标签：极地论文; 船舶论文; 船体论文; 水域论文; 构件论文; 结构论文; 西经论文; 《基层建设》2019年第3期论文;