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獨家推薦|極地船舶除冰，看我新型涂層如何了得！

2017-06-29 11:17:09 作者：謝強，陳海龍，章繼峰來源：中國艦船研究分享至：

作為世界第一大進出口貿易國、第二大經濟體，海洋安全與我國國家利益密切相關。美國出于維護海洋霸權的目的，在馬漢“海權論”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，并時刻威脅著我國國防及經濟安全。

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

然而，開發北極新航線要求發展適宜在極地惡劣環境中航行和作業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、上層建筑及各類設備會覆蓋大量的冰雪，使船舶吃水深度及重心發生變化，從而降低船舶隱性、上層建筑結構可靠性；設備上積累的大量覆冰還會影響設備運行，帶來嚴重安全風險。

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研究最早的國家，在船舶設計、建造、防除冰技術研究方面積累了豐富的經驗。

極地航行船舶

哈爾濱工程大學章繼峰教授致力于極地船舶與防除冰技術的研究，長期跟蹤世界先進國家極地航行船舶防除冰技術的研究發展，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的發展應用現狀，梳理總結了各類防除技術的優缺點和應用前景。

極地航行船舶及海洋平臺防冰和除冰技術研究進展

謝強，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略價值的北極航道越來越受到關注，世界主要國家掀起了極地船舶關鍵技術研究熱潮，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航線的依賴，降低海上運輸的安全風險，同時開發北極資源也可為我國能源安全提供戰略保障。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、救生設備、通風口等的覆冰會給船舶運行和作業帶來危險；船體覆冰會增加船舶吃水深度，提高船體重心，降低船舶穩性；上層建筑覆冰不僅會降低結構穩性、結構可靠性，還會對各類設備造成危害，如無線電通信設備和雷達上結冰將影響信號的接收。

此外，覆冰還威脅到直升機的安全作業。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計，還需要考慮配備防除冰設備以及新的防除冰新型材料在船舶設計上的應用。

論文主要內容

一、極地環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構表面大量覆冰，即大氣結冰。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冰。

積雪會增加船舶或海洋平臺的重量，覆蓋在各種設備上，引起打滑。積雪壓實成冰或融化后再凝結成雨凇冰（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?。╮ime）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構沉積物，覆蓋在設備上后清除難度相對較小。此外，還有霜（frost）、雹（fleet）等結冰量較小的結冰方式。

霜&雨凇冰&霧凇

二、結構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、整體穩性、結構完整性、甲板及其設施、防災救援設備、通信導航系統、附屬設施等。分別評估這些部位受到覆冰威脅的風險程度。

三、極地航行船舶與海洋平臺的防除冰技術

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。主動方法是指結冰后借助外力除冰，如機械、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到涂層或降低冰的粘附強度，并依靠風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。

對國內外現有防冰/除冰方法與技術進行了歸納和分析，包括電加熱、紅外線、超聲導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度界面滑移涂層等被動除冰方法。

有利于除冰的船體結構設計

采用電加熱方法模擬纜繩除冰

垂直發射系統艙蓋邊緣采用電加熱方式除冰

各種表面涂覆防冰涂層前后冰粘附強度對比

結論：

通過對各種防除技術的分析，認為紅外線、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冰的危險；

超聲導波除冰具有能耗低、除冰快和冷除冰的優勢，但是由于導波的傳播機制限制只適用于板管結構以及較薄的冰層除冰；

化學藥劑法和犧牲性涂層費用高、次數有限，且對極地環境有很大影響；

超疏水涂層在一定條件具有較小的冰粘附強度，但在高濕、低溫或水滴沖擊下其疏水\防冰性能下降嚴重，需要進一步提高穩定性；

水潤滑涂層和低交聯密度界面滑移涂層是最近開發出來的優異的防冰涂層，冰粘附強度極小，耐久性、環境適應性良好，具有很大的應用前景。

作者簡介

章繼峰，男，1976年生，哈爾濱工程大學教授，博士生導師。主要研究方向為復合材料、極地船舶與裝備防冰/除冰技術。主持過國防863及863創新基金、國防973子課題、武器裝備預先研究項目、國家自然科學基金、科技部國際合作項目、教育部博士點基金、中國博士后基金以及多項橫向課題。發表了各類學術論文30余篇，其中SCI檢索12篇，EI檢索15篇，并擁有多項發明專利。