破冰船连续破冰的冰阻力预报

陈锐，黄武刚，陈晓璐，康美泽

中国舰船研究设计中心，湖北 武汉 430064

0 引 言

南、北极地理位置特殊，且拥有丰富的资源。开发极地航道和极地资源，开展极地科学考察具有重要的战略意义。随着全球变暖，北冰洋海冰融化，北极地区蕴藏的丰富资源和极具价值的航道，也日益成为世界各国关注的焦点。极地科学考察破冰船是探索两极的必要装备，如何准确评估极地科学考察破冰船连续破冰的冰阻力和破冰能力，是破冰船总体设计的关键技术之一，具有重要的理论和现实意义[1-2]。

在破冰船的冰阻力研究过程中，学者们采用了多种研究手段。国外早期基于模型试验、理论分析和实船观测等方法，初步建立了一些破冰船冰阻力的经验计算公式，如Lindqvist 公式[3]、Vance 公式[4]、Lewis 公式[5]、改进的Edwards 公式[6]和Riska 公式[7]等，具有较高的实用意义，其中Lindqvist 公式使用最为广泛。近年来，部分学者开始使用数值模拟方法研究船与冰的相互作用，离散元方法（DEM）与有限元方法（FEM）为应用最为广泛的2 种数值方法。DEM 注重不同离散单元间的连接方式，Zhan 等[8]采用了离散元软件DECICE 模拟了船舶在浮冰区的操纵运动，季顺迎等[9]研究了海洋结构物所受冰载荷的离散元算法并开发了Ice DEM 软件等。国内在FEM 方面的研究也逐渐兴起，王峰等[10-11]使用有限元软件LS-DYNA 对连续破冰的过程进行了数值模拟，何菲菲[12]采用商业软件DYTRAN 对破冰船的破冰能力进行了研究。冰池模型阻力试验是验证破冰阻力的重要方法，但投资成本大，试验周期长。……