「學習強國」平臺三次轉載大連理工大學極地科普文章

2020-12-06 澎湃新聞

「學習強國」平臺三次轉載大連理工大學極地科普文章

2020-09-02 18:15 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務

       目前正執行中國第11次北極科學考察任務的「雪龍2」號極地科考破冰船已到達了北緯86度，超過了我國以往北極考察記錄。這要得益於「雪龍2」號強大的破冰能力。

「雪龍2」號破冰能力測試於2019年11月在南極冰區展開，是我國首次執行極地破冰船破冰能力實船測試，由中國極地研究中心組織，中國船舶工業集團公司第七〇八研究所吳剛總設計師領導。我校李志軍教授團隊參與破冰試驗的前期策劃，並由王慶凱博士後隨船前往南極，負責破冰試驗中海冰物理力學性質測量，最終圓滿驗證了「雪龍2」號的破冰能力。

根據此次破冰試驗經歷，為更好地向大眾普及破冰船相關知識，李志軍教授團隊以《「南徵北戰」破冰忙—漫談「雪龍2」號極地考察船破冰能力》為題，撰寫科普文章，以通俗的語言介紹破冰船破冰實驗和背後的科學道理。全文發表在中國自然資源報，並被「學習強國」平臺轉載。這是李志軍教授團隊第三篇被「學習強國」轉載的極地科技科普文章，充分體現了我校極地海洋工程的實力。全文如下。

「南徵北戰」破冰忙——漫談「雪龍2」號極地考察船破冰能力

李志軍 盧鵬 王慶凱

近日，由自然資源部組織的中國第11次北極考察隊搭乘「雪龍2」號極地考察船從上海出發，執行科學考察任務。這是「雪龍2」號完成南極首航任務後，首航北冰洋。

試驗前停泊在極地冰區的「雪龍2」號。 王慶凱 攝

「雪龍2」號由芬蘭阿克北極有限公司承擔基本設計、中國船舶工業集團公司第七〇八研究所承擔詳細設計、江南造船（集團）有限責任公司負責建造。該船是全球第一艘採用船艏、船艉雙向破冰技術的極地考察船，能夠以2～3節的航速在冰厚1.5米+雪厚0.2米的情況下連續破冰航行，具備全迴轉電力推進功能和衝撞破冰能力，可實現極地冰區360度旋轉，並能突破極區20米厚的當年冰脊。

在實際冰區航行中，「雪龍2」號能否達到設計能力？作為一項工程科學問題，不能僅憑感性認識，還需要通過一系列試驗做出定量評估，得出科學結論。

中國第36次南極考察是「雪龍2」號首航南極，船上有一支專業團隊對「雪龍2」號破冰能力進行實地評估。他們業務能力強，分工明確，配合默契，團隊成員有船東代表——中國極地研究中心船長趙炎平，負責操縱「雪龍2」號，指揮機艙、甲板等部門船員；動力設備代表——ABB（中國）有限公司工程師肖興海，負責評估船舶吊艙推進器等動力設備的輸出功率；適航性認證機構代表——中國船級社上海分社驗船師馬喬一，負責檢驗船體、推進器等工作狀況，並為「雪龍2」號性能進行認證；設計方代表——中國船舶工業集團公司第七〇八研究所研究員、「雪龍2」號總設計師吳剛，芬蘭阿克北極有限公司工程師沙米·莎瑞能，負責編制船舶冰區破冰能力評估現場試驗技術方案。由於破冰船冰區航行屬於冰工程領域，團隊還必須擁有極地海冰專業技術人員，大連理工大學博士後王慶凱就扮演了這個角色，負責提供現場冰物理和力學性質等參數。

據悉，「雪龍2」號現場試驗工作流程為：首先，船舶設計師、海冰專家等根據現場實際情況確定試驗位置、試驗方式、試驗內容，明確所需記錄的試驗參數。然後，船長、動力工程師、驗船師等各司其職，操縱「雪龍2」號按照預定航線進行破冰航行。最後，匯總「雪龍2」號航行數據和現場海冰物理、力學等參數，由驗船師和設計師對「雪龍2」號破冰能力進行評估，並與其設計能力相對比，從而得出科學結論。在「雪龍2」號破冰航行期間，評估船舶的艏向、艉向、迴轉、冰脊等破冰能力，離不開冰物理、力學專家提供的技術支持，他們要在冰面測試積雪厚度、密度，冰層的厚度、溫度、鹽度、密度，對冰層的彎曲強度、彈性進行模量，記錄「雪龍2」號推進器功率、螺旋槳轉速、船速、操縱數據等。

正在冰區航行試驗的「雪龍2」號。王慶凱 攝

事實上，南極現場冰情難以與設計冰情完全一致，如何找到適合的冰區開展試驗評估是團隊必須攻克的難題。為此，團隊設計了一套科學嚴謹的試驗規則和步驟，內容主要包括3個方面。

一是實測破冰試驗航線上的積雪相關情況以及海冰物理、力學等參數，操縱「雪龍2」號輸出不同功率進行船艏破冰、船艉破冰等試驗，詳細記錄船舶破冰航速。

二是根據海冰參數和船舶操縱數據，估算「雪龍2」號冰區航行受阻情況，再與船舶淨推力相比較，得出對應「冰厚+雪厚」在不同功率輸出情況下的破冰速度。

三是將現場實測「冰雪厚度—速度關係點」模擬到設計冰雪厚度情況下，得出「雪龍2」號在不同功率輸出情況下的破冰速度。通過中國第36次南極考察現場試驗，團隊認為「雪龍2」號的船艏、船艉實際破冰能力比設計能力高。

下一步，為全面評估「雪龍2」號的破冰能力，還需要在約冰厚1.5米+雪厚0.2米的冰區、以2節破冰航速的最小轉彎為試驗半徑、約20米厚的當年冰脊區等條件下進行通航試驗。一般而言，南極海冰冰脊厚度比北極冰脊厚度小，南極冰區平整條件比北極更為理想。因此，開展「雪龍2」號破冰能力現場試驗需要尋找合適契機，分別在南極、北極進行，時間、場景、冰情、航行路線等條件均制約試驗開展。相信「雪龍2」號破冰航行評估將為全球氣候變化大背景下的破冰船設計與建造提供更多實踐經驗。

新聞來源：大工新聞網

文字作者：王慶凱

校對：白書彬

編輯：閆一鳴

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