极地研究

作者：彭栋,,窦晓亮,,黄嵘,,赵炎平,,王译鹤

单位：1浙江大学海洋学院, 浙江杭州316021; 2中国船舶及海洋工程设计研究院, 上海200011; 3中国极地研究中心(中国极地研究所), 破冰船研究院, 上海200136

关键词：“雪龙”号,侧向碎冰阻力,数值模拟,极区

“雪龙”号极地破冰科考船是我国极地科学考察的重要平台, 也是我国极地投送能力的重要组成部分。极地科学考察现场作业中往往需要依托“雪龙”号船身来阻隔海面漂流的破碎冰场, 以便在船侧形成无浮冰的开阔海域进行现场作业, 而在此作业中, 目前“雪龙”号需要承受的冰阻力往往需要基于操船人员的现场经验来预估或者判断, 缺乏相关的理论支撑与量化依据。为此, 本文基于刚体动力学理论与混合补偿问题的求解, 研发构建了船舶与破碎海冰相互作用过程与相应冰阻力非光滑离散单元法高效数值模拟模型, 以探索不同参数下“雪龙”号船侧海冰堆积由发展到稳定的演化过程, 以及与之对应的船身侧向冰阻力逐步增大到稳定的演化过程。模拟研究结果表明: (1)冰阻力和船侧海冰堆积规模随着海冰摩擦系数、海冰密集度和海冰相对速度等的增大而整体呈现上升趋势; (2)当上述参数由0.05、0.2、0.5m·s−1变为0.15、0.4、1.5m·s−1时, 冰阻力由948.5kN增大至6102.3kN, 对冰阻力影响的显著性由大到小依次为海冰相对速度、海冰密集度、海冰摩擦系数。本研究不仅可为“雪龙”号极地冰区阻隔漂流破碎冰场作业冰阻力评估与预判提供理论依据, 也可为作业场所选择和作业安全保障提供技术支撑。

来源：2025年第4期

《极地研究》期刊编辑部

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