極地開發(fā)的迫切需求促使了極地船舶的大力發(fā)展。與開敞水域不同，極地船舶遭受的主要環(huán)境載荷由波浪變?yōu)榱撕１�，海冰引起的船舶航行性能的巨大變化已�?jīng)成為制約極地船舶設計研發(fā)和安全運行面臨的核心問題之一。由于海冰力學性質和船-冰作用過程的復雜性，對于極地船舶的阻力、推進和操縱等航行特性，無論在理論、數(shù)值還是實驗分析上都存在巨大挑戰(zhàn)。以此為背景，本書圍繞極地船舶的冰區(qū)航行性能這一主題，遵循“海冰和極地船舶（兩基礎）→阻力、推進和操縱性能（三核心）→結冰穩(wěn)性、風險評估和破冰方法（三擴展）”的邏輯，分別介紹了海冰基本性質和極地船舶的分類及特點，極地船舶的阻力、推進及操縱性能，極地船舶的結冰穩(wěn)性，風險評估和輔助破冰方法等內容。
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目錄
前言
符號表
第1章 海冰基本性質 1
1.1 概述 1
1.2 海冰的分類 1
1.2.1 依據(jù)海冰發(fā)展階段分類 1
1.2.2 依據(jù)海冰表層形態(tài)分類 3
1.2.3 依據(jù)海冰密集度分類 4
1.2.4 依據(jù)海冰冰型分類 4
1.3 海冰的物理性質 5
1.3.1 海冰的晶體結構 5
1.3.2 海冰的結冰過程簡述 9
1.3.3 海冰的主要物理參數(shù) 9
1.4 海冰的力學性質 14
1.4.1 海冰的強度及主要破壞模式 14
1.4.2 海冰的力學性質試驗 15
1.4.3 影響海冰強度的物理因素 23
1.5 海冰的動力學本構關系和熱力學過程 27
1.5.1 海冰動力學本構關系 27
1.5.2 海冰熱力學過程 30
1.6 小結 33
參考文獻 33
第2章 極地船舶的分類及特點 36
2.1 概述 36
2.2 極地船舶的分類 36
2.2.1 依據(jù)用途分類 36
2.2.2 依據(jù)冰級分類 39
2.3 極地船舶的典型特征 40
2.3.1 船舶結構與布置 40
2.3.2 船舶防寒 45
2.4 小結 48
參考文獻 48
第3章 極地船舶的阻力特性 50
3.1 概述 50
3.2 冰阻力經(jīng)驗預報方法 51
3.2.1 平整冰區(qū)冰阻力預報方法 51
3.2.2 浮冰區(qū)冰阻力預報方法 55
3.3 冰阻力模型試驗研究方法 57
3.3.1 模型律和模型比尺 57
3.3.2 模型試驗方法 58
3.3.3 模型試驗結果分析方法 61
3.4 冰阻力數(shù)值模擬方法 63
3.4.1 CFD-DEM耦合模擬基本理論 63
3.4.2 CFD-DEM耦合模擬應用案例 67
3.5 極地船舶的減阻技術 70
3.5.1 氣泡輔助破冰系統(tǒng) 70
3.5.2 沖水潤滑輔助系統(tǒng) 73
3.6 小結 74
參考文獻 74
第4章 極地船舶的推進特性和主機功率預報 77
4.1 概述 77
4.2 海冰與極地船舶推進器的相互作用 77
4.2.1 極地船舶推進器選型 77
4.2.2 海冰對螺旋槳的影響 80
4.2.3 冰槳接觸理論預報方法 81
4.2.4 冰槳接觸試驗預報方法 86
4.2.5 冰槳接觸數(shù)值模擬方法 88
4.3 極地船舶主機功率的預報方法 91
4.3.1 航速–阻力經(jīng)驗公式預報法 91
4.3.2 規(guī)范預報法 92
4.3.3 數(shù)值模擬及試驗預報方法 93
4.4 小結 96
參考文獻 96
第5章 極地船舶的操縱特性 98
5.1 概述 98
5.2 經(jīng)驗預報方法98
5.2.1 操縱運動方程 98
5.2.2 裸船體力和力矩 99
5.2.3 螺旋槳和舵的力和力矩 101
5.2.4 冰力和冰力矩 102
5.3 試驗預報方法 107
5.3.1 回轉試驗 107
5.3.2 破離航道試驗 109
5.3.3 星型操縱試驗 110
5.4 數(shù)值預報方法 111
5.4.1 船舶敞水操縱性驗證 111
5.4.2 船舶冰區(qū)操縱性數(shù)值模擬 112
5.4.3 極地冰區(qū)船舶操縱性影響因素分析 113
5.5 小結 115
參考文獻 115
第6章 極地船舶的結冰穩(wěn)性 117
6.1 概述 117
6.2 結冰原因及危害 117
6.2.1 結冰發(fā)生區(qū)域 117
6.2.2 極地船舶結冰分類 118
6.2.3 船舶結冰危害 119
6.3 結冰機理及積冰預報方法 119
6.3.1 海水飛沫結冰物理過程 119
6.3.2 結冰研究進展及難點 120
6.3.3 船舶積冰計算方法 124
6.4 計及結冰因素的船舶穩(wěn)性 126
6.4.1 船舶結冰穩(wěn)性研究進展 126
6.4.2 積冰對船舶穩(wěn)性的影響 127
6.5 小結 130
參考文獻 131
第7章 極地船舶的風險評估.133
7.1 概述 133
7.2 風險評估原理.133
7.2.1 風險的定義 133
7.2.2 風險評估內容及流程 133
7.2.3 風險接受準則 134
7.2.4 風險評估中的不確定性 136
7.3 不確定性條件下極地船舶冰困風險評估 137
7.3.1 極地船舶冰困風險因素識別 137
7.3.2 極地船舶冰困概率與后果建模研究 140
7.4 小結 147
參考文獻 148
第8章 氣墊破冰船及其破冰原理 150
8.1 概述 150
8.2 氣墊破冰船低速破冰原理 152
8.2.1 冰下氣腔的形成與傳播 152
8.2.2 氣墊破冰船低速破冰能力評估 156
8.3 氣墊破冰船高速破冰原理 159
8.3.1 興波特點及臨界速度 160
8.3.2 氣墊破冰船高速破冰能力影響因素分析 162
8.4 小結 165
參考文獻 166
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