作為世界第一大進(jìn)出口貿(mào)易國、第二大經(jīng)濟(jì)體，海洋安全與我國國家利益密切相關(guān)。美國出于維護(hù)海洋霸權(quán)的目的，在馬漢“海權(quán)論”思想的武裝下，其海軍觸角已遍布世界各大洋，攫取了所有重要海上通道的控制權(quán)，并時刻威脅著我國國防及經(jīng)濟(jì)安全。

    隨著全球氣候變暖，北極冰封的航道逐漸融化，打通連接歐亞貿(mào)易的北極航道受到世界主要貿(mào)易大國及北極國家的高度關(guān)注。在積極推進(jìn)國家海洋發(fā)展戰(zhàn)略的情勢下，為確保海上運輸命脈，我國注定不會錯失此輪開發(fā)海上貿(mào)易新航線的歷史機(jī)遇。

    然而，開發(fā)北極新航線要求發(fā)展適宜在極地惡劣環(huán)境中航行和作業(yè)的各類船舶及海工裝備。在極低溫的氣候影響下，極地航行船舶和海工裝備的船體、上層建筑及各類設(shè)備會覆蓋大量的冰雪，使船舶吃水深度及重心發(fā)生變化，從而降低船舶隱性、上層建筑結(jié)構(gòu)可靠性；設(shè)備上積累的大量覆冰還會影響設(shè)備運行，帶來嚴(yán)重安全風(fēng)險。

    歐洲國家如俄國、美國、德國、加拿大、芬蘭、瑞典、挪威、丹麥等國是開展極地航行船舶技術(shù)研究最早的國家，在船舶設(shè)計、建造、防除冰技術(shù)研究方面積累了豐富的經(jīng)驗。

    極地航行船舶

    哈爾濱工程大學(xué)章繼峰教授致力于極地船舶與防除冰技術(shù)的研究，長期跟蹤世界先進(jìn)國家極地航行船舶防除冰技術(shù)的研究發(fā)展，本文向我們介紹了目前世界極地航行船舶主要防除冰技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀，梳理總結(jié)了各類防除技術(shù)的優(yōu)缺點和應(yīng)用前景。

    極地航行船舶及海洋平臺防冰和除冰技術(shù)研究進(jìn)展

    謝強(qiáng)，陳海龍，章繼峰
    中國艦船研究，2017，12（1）：45-53

    論文背景

    全球氣候變暖、海冰大量融化，蘊藏著豐富資源的北極和極具戰(zhàn)略價值的北極航道越來越受到關(guān)注，世界主要國家掀起了極地船舶關(guān)鍵技術(shù)研究熱潮，計劃大量建造極地船舶。

    作為一個近北極國家，北極航道的開通可以減少我國對常規(guī)航線的依賴，降低海上運輸?shù)陌踩L(fēng)險，同時開發(fā)北極資源也可為我國能源安全提供戰(zhàn)略保障。由于極地常年低溫，冰雪積累將極大地影響船舶性能和各類裝備的運行安全。

    例如，纜繩、救生設(shè)備、通風(fēng)口等的覆冰會給船舶運行和作業(yè)帶來危險；船體覆冰會增加船舶吃水深度，提高船體重心，降低船舶穩(wěn)性；上層建筑覆冰不僅會降低結(jié)構(gòu)穩(wěn)性、結(jié)構(gòu)可靠性，還會對各類設(shè)備造成危害，如無線電通信設(shè)備和雷達(dá)上結(jié)冰將影響信號的接收。

    此外，覆冰還威脅到直升機(jī)的安全作業(yè)。為保障極地船舶航行及各類裝備運行的安全，不僅要考慮船舶總體防除冰設(shè)計，還需要考慮配備防除冰設(shè)備以及新的防除冰新型材料在船舶設(shè)計上的應(yīng)用。

    論文主要內(nèi)容

    一、極地環(huán)境中不同覆冰類型概述

    極地航行船舶遭受海水濺淋是船體和甲板形成覆冰的主要原因，同時大氣中的過冷液滴遇到裝備后也在結(jié)構(gòu)表面大量覆冰，即大氣結(jié)冰。海水濺淋冰（sea spray ice）是過冷的海水濺射到裝備上后迅速形成的結(jié)冰。

    積雪會增加船舶或海洋平臺的重量，覆蓋在各種設(shè)備上，引起打滑。積雪壓實成冰或融化后再凝結(jié)成雨凇冰（glaze ice）。雨凇冰是凍雨與裝備接觸后形成的透明、致密的冰層。相較于霧凇，雨凇冰的冰層密度大，難以清除。

    霧凇（rime）是攜帶過冷液滴的霧與裝備表面接觸后形成的疏松、不透明的白色粒狀結(jié)構(gòu)沉積物，覆蓋在設(shè)備上后清除難度相對較小。此外，還有霜（frost）、雹（fleet）等結(jié)冰量較小的結(jié)冰方式。

    霜&雨凇冰&霧凇

    二、結(jié)構(gòu)覆冰對極地海洋平臺和船舶的影響

    概述了覆冰影響所涉及的主要方面，包括：船舶的適航性、整體穩(wěn)性、結(jié)構(gòu)完整性、甲板及其設(shè)施、防災(zāi)救援設(shè)備、通信導(dǎo)航系統(tǒng)、附屬設(shè)施等。分別評估這些部位受到覆冰威脅的風(fēng)險程度。

    三、極地航行船舶與海洋平臺的防除冰技術(shù)

    極地航行船舶和海洋平臺的防除冰方法按照除冰形式分為主動除冰法和被動除冰法。主動方法是指結(jié)冰后借助外力除冰，如機(jī)械、鹽、電加熱、紅外線等，這些除冰方法需要一定能源或資源。被動方法是指利用涂層材料本身的屬性阻止冰凝結(jié)到涂層或降低冰的粘附強(qiáng)度，并依靠風(fēng)力或自身重力使冰脫離表面，這些除冰方法幾乎不消耗能源。

    對國內(nèi)外現(xiàn)有防冰/除冰方法與技術(shù)進(jìn)行了歸納和分析，包括電加熱、紅外線、超聲導(dǎo)波除冰等主動除冰方法以及超疏水涂層、犧牲性涂層、水潤滑涂層以及低交聯(lián)度界面滑移涂層等被動除冰方法。

    各種表面涂覆防冰涂層前后冰粘附強(qiáng)度對比

    結(jié)論：

    通過對各種防除技術(shù)的分析，認(rèn)為紅外線、電熱、高速熱流等主動除冰方法方便快捷，但能耗較大且存在二次結(jié)冰的危險；

    超聲導(dǎo)波除冰具有能耗低、除冰快和冷除冰的優(yōu)勢，但是由于導(dǎo)波的傳播機(jī)制限制只適用于板管結(jié)構(gòu)以及較薄的冰層除冰；

    化學(xué)藥劑法和犧牲性涂層費用高、次數(shù)有限，且對極地環(huán)境有很大影響；

    超疏水涂層在一定條件具有較小的冰粘附強(qiáng)度，但在高濕、低溫或水滴沖擊下其疏水\防冰性能下降嚴(yán)重，需要進(jìn)一步提高穩(wěn)定性；

    水潤滑涂層和低交聯(lián)密度界面滑移涂層是最近開發(fā)出來的優(yōu)異的防冰涂層，冰粘附強(qiáng)度極小，耐久性、環(huán)境適應(yīng)性良好，具有很大的應(yīng)用前景。

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責(zé)任編輯：王元

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