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(shè)計(jì)研發(fā)和安全運(yùn)行面臨的核心問(wèn)題之一。由于海冰力學(xué)性質(zhì)和船-冰作用過(guò)程的復(fù)雜性，對(duì)于極地船舶的阻力、推進(jìn)和操縱等航行特性，無(wú)論在理論、數(shù)值還是實(shí)驗(yàn)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(chǔ)）→阻力、推進(jìn)和操縱性能（三核心）→結(jié)冰穩(wěn)性、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和破冰方法（三擴(kuò)展）”的邏輯，分別介紹了海冰基本性質(zhì)和極地船舶的分類及特點(diǎn)，極地船舶的阻力、推進(jìn)及操縱性能，極地船舶的結(jié)冰穩(wěn)性，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和輔助破冰方法等內(nèi)容。
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目錄
前言
符號(hào)表
第1章 海冰基本性質(zhì) 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(zhì) 5
1.3.1 海冰的晶體結(jié)構(gòu) 5
1.3.2 海冰的結(jié)冰過(guò)程簡(jiǎn)述 9
1.3.3 海冰的主要物理參數(shù) 9
1.4 海冰的力學(xué)性質(zhì) 14
1.4.1 海冰的強(qiáng)度及主要破壞模式 14
1.4.2 海冰的力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn) 15
1.4.3 影響海冰強(qiáng)度的物理因素 23
1.5 海冰的動(dòng)力學(xué)本構(gòu)關(guān)系和熱力學(xué)過(guò)程 27
1.5.1 海冰動(dòng)力學(xué)本構(gòu)關(guān)系 27
1.5.2 海冰熱力學(xué)過(guò)程 30
1.6 小結(jié) 33
參考文獻(xiàn) 33
第2章 極地船舶的分類及特點(diǎn) 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(jí)分類 39
2.3 極地船舶的典型特征 40
2.3.1 船舶結(jié)構(gòu)與布置 40
2.3.2 船舶防寒 45
2.4 小結(jié) 48
參考文獻(xiàn) 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(yàn)預(yù)報(bào)方法 51
3.2.1 平整冰區(qū)冰阻力預(yù)報(bào)方法 51
3.2.2 浮冰區(qū)冰阻力預(yù)報(bào)方法 55
3.3 冰阻力模型試驗(yàn)研究方法 57
3.3.1 模型律和模型比尺 57
3.3.2 模型試驗(yàn)方法 58
3.3.3 模型試驗(yàn)結(jié)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(yīng)用案例 67
3.5 極地船舶的減阻技術(shù) 70
3.5.1 氣泡輔助破冰系統(tǒng) 70
3.5.2 沖水潤(rùn)滑輔助系統(tǒng) 73
3.6 小結(jié) 74
參考文獻(xiàn) 74
第4章 極地船舶的推進(jìn)特性和主機(jī)功率預(yù)報(bào) 77
4.1 概述 77
4.2 海冰與極地船舶推進(jìn)器的相互作用 77
4.2.1 極地船舶推進(jìn)器選型 77
4.2.2 海冰對(duì)螺旋槳的影響 80
4.2.3 冰槳接觸理論預(yù)報(bào)方法 81
4.2.4 冰槳接觸試驗(yàn)預(yù)報(bào)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(jī)功率的預(yù)報(bào)方法 91
4.3.1 航速–阻力經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)報(bào)法 91
4.3.2 規(guī)范預(yù)報(bào)法 92
4.3.3 數(shù)值模擬及試驗(yàn)預(yù)報(bào)方法 93
4.4 小結(jié) 96
參考文獻(xiàn) 96
第5章 極地船舶的操縱特性 98
5.1 概述 98
5.2 經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)方法98
5.2.1 操縱運(yùn)動(dòng)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(yàn)預(yù)報(bào)方法 107
5.3.1 回轉(zhuǎn)試驗(yàn) 107
5.3.2 破離航道試驗(yàn) 109
5.3.3 星型操縱試驗(yàn) 110
5.4 數(shù)值預(yù)報(bào)方法 111
5.4.1 船舶敞水操縱性驗(yàn)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(jié) 115
參考文獻(xiàn) 115
第6章 極地船舶的結(jié)冰穩(wěn)性 117
6.1 概述 117
6.2 結(jié)冰原因及危害 117
6.2.1 結(jié)冰發(fā)生區(qū)域 117
6.2.2 極地船舶結(jié)冰分類 118
6.2.3 船舶結(jié)冰危害 119
6.3 結(jié)冰機(jī)理及積冰預(yù)報(bào)方法 119
6.3.1 海水飛沫結(jié)冰物理過(guò)程 119
6.3.2 結(jié)冰研究進(jìn)展及難點(diǎn) 120
6.3.3 船舶積冰計(jì)算方法 124
6.4 計(jì)及結(jié)冰因素的船舶穩(wěn)性 126
6.4.1 船舶結(jié)冰穩(wěn)性研究進(jìn)展 126
6.4.2 積冰對(duì)船舶穩(wěn)性的影響 127
6.5 小結(jié) 130
參考文獻(xiàn) 131
第7章 極地船舶的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估.133
7.1 概述 133
7.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估原理.133
7.2.1 風(fēng)險(xiǎn)的定義 133
7.2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估內(nèi)容及流程 133
7.2.3 風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則 134
7.2.4 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的不確定性 136
7.3 不確定性條件下極地船舶冰困風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 137
7.3.1 極地船舶冰困風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)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(jié) 147
參考文獻(xiàn) 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(píng)估 156
8.3 氣墊破冰船高速破冰原理 159
8.3.1 興波特點(diǎn)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(jié) 165
參考文獻(xiàn) 166
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