在洗澡的時候，請你做下面的試驗。在跳出浴盆前，先打開它的放水孔，繼續(xù)讓自己的身體躺在盆底。這時你的身體露出水面的部分在逐漸增多，你會覺得你的身體在逐漸變重。在這種情況下，你可以極清楚地看出，只要你的身體一露出水面，它在水里失去的重量（你可以回想一下，你在水里的感覺，那種覺得自己無比輕的感覺）就立刻回來了。
破冰船在工作中
鯨魚不由自主地在作著同樣的試驗–––在退潮的時候，如果擱在淺水灘上，也會有同樣的感覺的。但是這對它會有致命的后果：它會被自己驚人的重量壓死。難怪本來是哺乳動物的鯨魚，卻要住在水里，因為水的浮力能夠救它，使它免于因重力的作用被壓死。
以上內(nèi)容跟本文關(guān)系密切。破冰船露在水面上的那一部分船身，因為沒有水的浮力作用把這部分船身的重量抵消掉，所以仍舊有它原來的“陸上”重量。你不要以為破冰船在行駛的時候是用自己的船頭部分的壓力不斷地切開冰的。破冰船不是這樣工作的，這樣工作的是切冰船。
破冰船是這樣工作的。破冰船上的強大的機器在開動的時候，能把自己的船頭移到冰面上去，它的船頭的水下部分就是因為這個緣故造得非常斜。船頭出現(xiàn)在水面上的時候，就恢復(fù)了自己的全部重量，而這個極大的重量就能把冰壓碎。為了加強作用力，有時候還要在船頭的貯水艙里盛滿水。
在冰塊的厚度不超過半米的時候，破冰船就是這樣工作的。遇到更厚的冰塊，就要用船的撞擊力來制服它。這時候破冰船就向后退，然后用自己的全部質(zhì)量向冰塊猛撞上去。這時候起作用的已經(jīng)不是重量，而是運動著的輪船的動能，船仿佛已變成了一個速度不大但是質(zhì)量極大的炮彈，變成了一個撞錘。像幾米高的冰山，破冰船就得用它堅固的船頭猛烈撞擊幾次，才能把它們撞碎。
雪龍?zhí)柶票?/p>
參加過1932年“西伯利亞人”號極地航行的水手馬爾科夫曾經(jīng)這樣描寫過這只破冰船的工作：在幾百座冰山中間，在密實地覆蓋著冰的地方，“西伯利亞人”開始了戰(zhàn)斗。連續(xù)五十二個小時，信號機上的指針一直在從“全速度后退”跳到“全速度前進”。在十三班每班四小時的海上工作中，“西伯利亞人”疾馳著向冰塊沖去，用船頭撞冰塊，爬到冰上把它們壓碎，然后又退回來。厚達一米多的冰塊慢慢地讓出了一條路。每撞一次，船身就可以向前推進三分之一。哦，同學(xué)們可以想像一下，這是一種何等壯觀的畫面。
大型破冰船用上核動力
大型化、大功率、續(xù)航久、多用途已成為現(xiàn)代破冰船發(fā)展的一大趨勢,而采用核動力則是最佳選擇。一、破冰船的特征。目前俄羅斯擁有7-8艘核動力極地破冰船,可執(zhí)行任務(wù)的有6艘。美國海岸警衛(wèi)隊的中型極地破冰船隊主要有3艘船組成,其中“希利”號號稱美國時下最新、最強的破冰船。此外,英國、挪威、加拿大、日本及芬蘭等國也擁有自己的破冰船。我國的“雪龍”號也是極地破冰船。
國際船舶界將破冰船分為3種技術(shù)級別：船舶主機功率為11025千瓦的普通破冰船，船舶主機功率為18375千瓦的中級破冰船，船舶主機功率為55125千瓦的核動力破冰船。例如,YAMAL號破冰船是目前世界上唯一能夠到達北極點的超級核動力破冰船。破冰船的船身長、寬比例與一般海洋船舶不一樣，同等情況下，其縱向尺寸較一般船舶短，而橫向尺寸寬，以便于以強勁的推進力開辟出寬航道。破冰船破冰船是用于破碎水面冰層，開辟航道，保障艦船進出冰封港口、錨地，或引導(dǎo)艦船在冰區(qū)航行的勤務(wù)船。分為江河、湖泊、港灣或海洋破冰船。許多高緯度國家擁有破冰船，例如俄羅斯擁有多艘核動力大馬力破冰船，用于開辟北極航道。2011年11月15日，中國國家海洋局宣布，中國擬自主建造第一艘極地考察破冰船。該船將可搭載直升機和水下機器人，船頭、船尾均有破冰能力，計劃于2013年完成建造。
破冰船 - 現(xiàn)狀
目前在世界上設(shè)計和建造破冰船能力最強的國家主要有：俄羅斯、芬蘭、瑞典、德國、美國、挪威、丹麥、日本、加拿大等，尤其是以環(huán)北冰洋 的幾個國家設(shè)計和建造能力最強。
全球破冰船隊中，功率超過1萬馬力的破冰船有50艘，俄羅斯擁有最大的破冰船隊。芬蘭、加拿大、瑞典各有6～7艘破冰船，美國擁有4艘，其他6個國家(日本、德國、阿根廷、澳大利亞、挪威、荷蘭)各有1～3艘。只有俄羅斯使用核動力 推進系統(tǒng)(7艘)。俄羅和美國擁有推進功率大于3萬馬力的破冰船。多數(shù)破冰船主要在海作業(yè)。中國目前的雪龍?zhí)枠O地考察船 只相當(dāng)于俄羅斯最高級的，還不是真正意義上的破冰船。[1]
破冰船 - 各國發(fā)展
“北極”級（Arktika）核動力破冰船是世界上最大的破冰船
世界上公認(rèn)的最早破冰船是1872年在漢堡建造的“破冰船I”號。該船在冬季易北河 結(jié)冰時用于破冰，為促進北歐貿(mào)易的發(fā)展作出了貢獻。不過也有學(xué)者認(rèn)為，1864年由俄國人改裝后的“派洛特”號小輪船才是世界第一艘破冰船。而英國為俄國建造的“葉爾馬克”號破冰船，則是第一艘在北極航行的破冰船。
俄羅斯自1900年以來，為了進出遠東地區(qū)、開辟北方航路，建造了大批外海破冰船。早期的破冰船有“葉爾馬克”號、“西比里亞科夫”號和“西伯利亞 ”號等。其中，前蘇聯(lián)的破冰船“西比里亞科夫”號于1932年完成了沿到海參崴 的東北航路的航行。此后，為了加強北方地區(qū)的軍事行動，該國繼續(xù)建造了“船長”級、“莫斯科”級等破冰船。在原子能破冰船方面，他們在1957年建造了“列寧 ”號破冰船，此后又建造了“北極”號、“俄羅斯”號、“亞馬爾”號等核動力破冰船。這些船的建成，為延長東北航路的冬運期作出了貢獻。
加拿大為了便于圣勞倫斯灣沿岸與愛德華太子島、紐芬蘭島之間的船舶航行、郵政服務(wù)，實現(xiàn)五大湖火車渡船，制定了擴大破冰船規(guī)模的計劃。1980年，該國建造了新型支援破冰船“基戈廖克”號，其形似擴孔器的勺形船艏引人注目。這種船艏的水線面比舯部還寬，從而減輕了船體與冰塊的摩擦力，降低了破碎冰的阻力，提高了船舶的回轉(zhuǎn)性能。目前，該國擁有多艘1萬馬力以上的破冰船，可在五大湖、、北極圈 活動。芬蘭Taymyr級大型核動力破冰船
第二次世界大戰(zhàn) 以前，美國只有小型破冰船“熊”號服役。二戰(zhàn)期間，為了加強北極圈的防務(wù)，他們又于1942年建造了“斯托里斯”號破冰船，并在格陵蘭島 和拉布拉多半島之間使用。二戰(zhàn)以后，美國增強了對北極和南極的軍事、貿(mào)易、科學(xué)等領(lǐng)域的關(guān)注，建造了大型破冰船“冰川”號，從事南極觀測站的設(shè)置和調(diào)查研究活動。1969年，該國又以發(fā)現(xiàn)阿拉斯加 石油為契機，將小麥運輸船“曼哈頓”號改裝為11.5萬噸的商用破冰船，從美國東海岸經(jīng)加拿大多島海域到阿拉斯加進行了兩次航海試驗。以此為起點，現(xiàn)代破冰船工藝得到大發(fā)展，大功率的高質(zhì)量破冰船不斷出現(xiàn)。
波羅的海一直以來就是破冰船活動的舞臺。芬蘭的克瓦納一馬薩船廠自1939年首次建造破冰船以來，大量建造了用于波的尼亞灣的破冰船，以及“列寧”號、“泰梅爾”號等前蘇聯(lián)的主要破冰船。1981年，該廠在波的尼亞灣的瓦沙港，對帶瓦斯船艏的改裝破冰船“馬克斯·瓦爾德克”號進行了破冰試驗。瓦斯船艏是一種箱形船艏，底部設(shè)有冰刀，能在冰上切開冰面，讓破碎的冰塊流過船底，滑入船體兩側(cè)未破碎的冰面下，使螺旋槳很少接觸破碎的冰塊。中國雪龍?zhí)枠O地考察船
1998年，德國建造了多用途破冰船“新作”號，用于在北海和波羅的海西部進行破冰支援、浮標(biāo)補給、海洋環(huán)境治理、應(yīng)急拖航、消防作業(yè)等破冰活動。 [2]
1912年，中國首次建造了“通凌”號破冰船和“開凌”號破冰船，排水量均為410噸，功率為688馬力。除用于破冰外，還兼負(fù)運輸和海洋考察等任務(wù)。這類破冰船的航程遠，破冰進展慢，燃料消耗大。采用核動力推進裝置，能適應(yīng)其特殊需要，但造價昂貴。
2011年11月15日，中國國家海洋局 宣布，中國將自主建造第一艘極地考察破冰船。該船將可搭載直升機和水下機器人，船頭、船尾均有破冰能力，計劃于 2013年完成建造。海洋局同時宣布，即日起通過微博向全球華人征集船名，根據(jù)排名熱度選取前20個名字入圍后再交由專家評審。[3]
破冰船 - 技術(shù)演變
日本白瀨號（AGB-5002）破冰船
早期的小型破冰船使人看到了未來的破冰船的雛形和改進的方向?！奥D”號破冰船的試驗航行成功，又大大促進了現(xiàn)代破冰船工藝的發(fā)展，從而出現(xiàn)了一批大功率的高質(zhì)量破冰船。這些破冰船的特點是，破冰能力高、船舶尺度大、船艏傾角小，可在冰上以壓斷冰面的方式連續(xù)破冰。這一階段，除了采用勺形船艏和瓦斯船艏以外，為了減輕雪覆冰、碎冰塊的摩擦阻力、提高破冰能力，船上還使用了船體）中洗、等系統(tǒng)，改進了推進系統(tǒng)，采用了和全方位吊艙式推進器。
在沖撞破冰時，螺旋槳反復(fù)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，頻繁地前進和后退。這就要求推進系統(tǒng)具有足夠的耐轉(zhuǎn)矩的能力。長期以來，破冰船一直使用交流一直流方式的電力推進系統(tǒng)，即從柴油發(fā)電機得到交流電，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡弥绷麟娹D(zhuǎn)動直流電機，驅(qū)動固定螺距螺旋槳。但是，隨著電力設(shè)備的發(fā)展，使用交流一交流方式的電力推進系統(tǒng)的破冰船增多了。這種系統(tǒng)用發(fā)電機發(fā)出的交流電來轉(zhuǎn)動交流電機，驅(qū)動螺旋槳。比較而言，交流一交流方式的電力推進系統(tǒng)可以簡化設(shè)備，提高可維護性，縮小占用空間。美國最大的破冰船，Healy號（WAGB-20）破冰船
同時，雖然固定螺距螺旋槳經(jīng)濟性高，但回避不了轉(zhuǎn)速降低時轉(zhuǎn)矩增大的問題。相反，可變螺距螺旋槳由于能在船舶高速行駛時，在保持原有的轉(zhuǎn)速的同時，通過槳葉螺距的變化推動船舶前進、后退或增減推力，避免了轉(zhuǎn)速降低時轉(zhuǎn)矩增大的問題。這已在越來越多的破冰船上得到了應(yīng)用。另外，在可變螺距螺旋槳上安裝導(dǎo)流罩 ，可以減少冰海航行時冰塊的流入，避免槳葉的破損。
近年來，造船界又出現(xiàn)了一種兼具推進器、舵、側(cè)推器作用并能全方位旋轉(zhuǎn)的吊艙式推進器。這是一個具有魚雷 形狀并由交流電機 驅(qū)動的推進器，由于能旋轉(zhuǎn)360度，所以轉(zhuǎn)艏能力極佳。芬蘭的“芬尼卡”號、德國的“新作”號破冰船上就裝備了這種帶導(dǎo)流罩的全方位吊艙式推進器。
此外，在“尤庫”號和“盧尼”號破冰型油船的實船試驗中產(chǎn)生了一個新的概念--雙向推進式油船。這是一種船艏通常為球鼻艏，船艉帶全方位吊艙式推進器的破冰型油船。在無冰海域，油船按正常的前進方向航行，但在有冰海域，則船艉朝前，以后退狀態(tài)破冰航行。2002年9月，由日本住友重機公司建造完工的“膠畫”號就是這種船型的代表。[2]
破冰船 - 破冰技術(shù)
海冰721破冰船
破冰船破冰船一般常用兩種破冰方法，當(dāng)冰層不超過1.5米厚時，多采用“連續(xù)式”破冰法。主要靠螺旋槳的力量和船頭把冰層劈開撞碎，每小時能在冰海航行9.2千米。如果冰層較厚，則采用“沖撞式”破冰法。沖撞破冰船船頭部位吃水淺，會輕而易舉地沖到冰面上去，船體就會把下面厚厚的冰層壓為碎塊。然后破冰船倒退一段距離，再開足馬力沖上前面的冰層，把船下的冰層壓碎。如此反復(fù)，就開出了新的航道。
因此，破冰船破冰的能力來自于船只的重量(排水量)和將船推上冰面的推進力。近代發(fā)展的破冰船主要技術(shù)有以下幾個方面：
1、采用可旋轉(zhuǎn)推進器與船首的側(cè)向推進器相配合，實現(xiàn)對船只的動態(tài)定位，提高在冰區(qū)和開闊水域的機動性：使用大功率推進器提高船舶的破冰能力。瑞典破冰船(ODEN)功率24000馬力，可以以3kn航速在2m厚的冰上連續(xù)航行。該船曾5次在考察航行時到達北極點。
2、在船體上使用了低摩擦的破冰船涂料，以減少船體摩擦和銹蝕。傳統(tǒng)涂料會被海冰磨掉，使不受保護的船體區(qū)域受到銹蝕，而銹蝕產(chǎn)生的不平整表面進一步增加了冰和船體之間的摩擦。
3、船體最寬部位安裝了絞刀 ，目的是減少船體中部的摩擦。絞刀以不對稱方式工作，在船舶前進時通過向下彎折冰面破冰。后退時通過向上彎折冰面破冰。絞刀在船兩側(cè)形成約1m寬的通路，大大減小了冰與船體間的摩擦，提高了船舶在海冰密集區(qū)域的機動性。
4、安裝一套沖水系統(tǒng)．町將大量海水泵至船前的冰上，以減少船頭和冰之間的摩擦，便于船頭駛上冰面。一套主動增搖系統(tǒng)．可以以很快的速度將水從船內(nèi)一側(cè)泵至另一側(cè)(如瑞典破冰船“ODEN”號可在25s時間內(nèi)將800t壓載水進行左右調(diào)駁)，使船體在厚冰問發(fā)生搖擺，以便絞刀擊碎船兩側(cè)的冰。[4]
破冰船 - 設(shè)計特點
破冰船船身短而寬，長寬比值小，縱向短，橫向?qū)挘梢员匍_較寬的航道。底部首尾上翹，首柱尖削前傾，總體強度高，破冰船船頭外殼用至少5厘米厚的鋼板制成，里面用密集的型鋼構(gòu)件支撐，船身吃水線部位用抗撞擊的合金鋼加固。用燃料油為動力的破冰船，多采用柴油機帶動發(fā)動機發(fā)電，電動機驅(qū)動螺旋槳（組合機組驅(qū)動），驅(qū)動功率可達上百萬瓦，可以滿足較長時間破冰航行的需要。 [5]
破薄冰的船在船尾和靠近船頭的側(cè)位，分別各裝兩只螺旋槳，船頭螺旋槳從冰下將水抽出，削弱冰層的支托并使其成為片狀裂開。船在后兩只螺旋槳的推動下前進。破厚冰的破冰船，為使船可以沖到?jīng)_層上面，多在船尾兩側(cè)對稱地裝兩只螺旋槳。[6] 螺旋槳和舵有防護和加強
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