極地科考船用的破冰船，船頭設計得很怪，有哪些考慮？

01-26

最近新聞上說「中俄共同研製核動力巨艦」，我的關注點被這幾艘外形奇怪的破冰船吸引了。本人非專業人士一枚，沒有人脈資源還請看完的內行人士幫忙@內行人士解答，謝謝！
問題1：為什麼破冰用的極地科考船頭部跟普通船長得不一樣？科考船的設計有哪些區別於正常船隻的特殊功能？
問題2：怎麼不見有極地科考船帶補給艦隨行至北極圈的？常規動力如何實現的航行那麼遠？（好奇：如能介紹一艘科考船赴極地考察的流程最好）
問題3：中國的雪龍號，破冰如何，為啥文章說能力很有限？歐美極地圈國家為啥
問題4：中國跟極地圈裡的傳統佔有國比，船的水平有啥差距？極地科考的段位處於什麼水平？

新聞來源：中俄共同研製核動力巨艦而後或另起爐灶建核航母

破冰船和非破冰船最大的區別在於船艏的設計：

注意破冰船的船艏是凹進去的，這是因為：

從科學角度來講「破冰船」應該改名叫「壓冰船」哈哈，但是「破冰船」這個名稱確實好聽一些。

注意：這種船艏設計在標準情況下航行時會阻力偏大導致耗油量提升，不建議在任何普通船隻上使用。

國家破冰船實力排名（網址連接）

我就默默地翻開了這本書～

-------------------------------------擴展閱讀 2017-04-12---------------------------------------------

以下轉載關於上文中提到的

新中國成立後設計建造的第一艘破冰船——海冰101 的資料：

《難忘的「海冰101」號破冰船》_良工_新浪博客

1969年12月26日「海冰101」在上海求新船廠下水（轉載網路圖片）

這是我們國家自己設計製造的第一艘破冰船，它誕生的背景在1969年。

那一年年初我國渤海遭遇了嚴重冰情災害，港口內外的船舶被冰封凍不能行駛，海上石油鑽井平台讓流冰衝擊損壞，僅有的幾條解放前留下的小型破冰船根本起不了多大作用。

於是經周恩來總理親自批示，上海求新造船廠接受了設計製造大噸位破冰船的任務。很快一艘型號為071型的沿岸港區破冰船於當年9月24日開始建造。

101天後的12月26日破冰船順利下水，似乎因此該船的舷號就定為了「海冰101」。該船排水量3200噸，最大航速18.5節，續航力10000海里，自持力30晝夜。

海冰722停泊在碼頭上

內行人都知道船舶下水並不意味著它立即就能投入使用，必須要經過調試等一系列試航才能馳騁海上，「海冰101」1971年12月交付給海軍使用至2013年6月，如今舷號已改變為「海冰722」，圖二為海冰722停泊在碼頭上，與其並排的另一條是其姊妹船「海冰721」（原為「海冰102」、071甲型），1971年開始建造1973年交付使用。

幾十年來，如今的「海冰722」當年的「海冰101」已經安全航行數十萬海里，完成的搶險救生和冰情調查任務不記其數，為我國、我軍的航海事業立下了汗馬功勞。軍隊首長曾多次視察該船，本人也有幸登臨並隨它博風擊浪，印象至深、久久難忘。

資料來源：

難忘的「海冰101」號破冰船_良工_新浪博客 http://blog.sina.com.cn/s/blog_613527a10100g3fc.html

百度百科：海冰722破冰船

海軍第一代「海冰722」號破冰船，原號為「海冰101」號，於1969年9月14日經周恩來總理親自批准，由上海求新造船廠建造，歷時103天，當年12月26日下水。第一代「海冰722」號服役期間，一度是中國海軍僅有的兩艘破冰船之一，在海軍服役44年，累計航行30餘萬海里，出色完成了搶險救災、破冰引航、冰情調查、運輸拖帶、院校實習、試驗保障、戰備訓練、研練演習等多項重大任務，為促進地方經濟發展、國防和軍隊現代化建設作出了突出的貢獻。2013年6月7日，第一代「海冰722」破冰船退役。

海冰722破冰船（第一代破冰船）_百度百科 http://baike.baidu.com/link?url=7C_vHtlgAt7ajdDUewEx_twgQTJSUsH7i1rqYD2ftrcHqphLnUgHmLOQqWr-K-6-NUXpmDrUgDvSuxAwb0J_yqTcXslErK2slwfT0HtuQl_bHjSESuTpb0NxhMscRcn_

確實，破冰船船艏和其它船舶不同，普通船舶船艏呈直線或者略微內凹，破冰船船艏則有明顯的外凸折線，這是因為破冰船作業時需要爬上冰面，這種折線艏或者雪橇艏有較小的阻力。

至於科考船隊帶不帶補給船這完全取決於你有沒有閑錢啊，就拿我鱉來說，到目前三代科考船沒一艘是天生的科考船，雪龍號最開始是蘇聯的維他斯·白令級多功能極地運輸船，看名字也知道這貨是艘貨船，後來被土鱉改造成極地科學考察兼運輸補給船，也和運輸脫不了關係，雪龍號幾次改造也是充分利用了貨艙空間。譬如雪龍號剛接手的時候續航里程為8000海里，目前是20000海里，自持力為120人60天，據最近一次改造總設計表示雪龍號現在裝有海水淡化裝置，實際自持力上90天沒問題。

雪龍號的破冰能力有限，目前比較常用的Polar Class破冰等級如下，雪龍號是PC6來著？

土鱉新極地科考船算是第一艘正經八百的科考船，續航也是20000海里，自持力為90人60天。新船主要是擴大實驗室空間，新船的破冰等級是PC3。

今後雪龍號將充分發揮其強大的後勤補給能力，以後勤保障支撐為主，兼顧走航綜合觀測調查和數據採樣；新船將發揮其獨具特色的綜合極區海洋調查能力，以極區海洋科考調查作業為主，同時以其高等級的破冰能力和冰區操縱性能，為包括雪龍船在內的極地考察船舶，提供冰區作業支持和救援保障。

科考水平這東西我們曾經開玩笑說「有錢砸，使勁砸，趁早砸」，這就是土鱉的水平。

問題1：

這要講到破冰船的兩種工作方式：

1：衝撞 2：碾壓

所以船艏就會設計成那種形狀了

問題2：

補給艦不能破冰，破冰船在極端條件下，能保證自己脫困就不錯了，帶個補給艦等於帶了個豬隊友。而且破冰船自己本身可以帶資源啊。儀器設備並不佔太多，主要還是帶的淡水和食物。

問題3：

別人已經貼了數據了

問題4：

中國對開發極地的需求不大，只是科學考察之類的東西……有錢就堆唄，技多不壓身，保不齊哪天用得上。

目前破冰船主要靠船頭衝上冰層然後依靠自重壓垮冰層來實現破冰，這種怪異的傢伙只有北極圈那幾個國家用得上，中國沒經驗不會造很正常。破冰船要求動力強，續航長，動力系統能適應複雜工況，核動力確實是最適合，可惜中國反應堆小型化上水平也不行。要說船用核反應堆的設計建造和使用經驗毛子是第一啊，哪天出個核動力護衛艦我也不吃驚。至於雪龍號，底子就是個高緯度貨船而已，只能靠船頭撞碎比較薄的冰層，真正破冰他還是不行的。

其他人都提到了用船的重力把冰塊壓斷，我這裡再補充一點。

由於冰塊的形成原因，簡單說就是熱傳導的方向，導致了冰的微觀結構是類似縱向排列的一個個晶體。只有在冰的最上面一層晶體是橫向排列的。這樣的晶體結構，決定了冰在承受壓應力（面內力，就是水平方向施加）的能力遠高於剪應力（縱向施加的力產生）。前者被稱為crushing strength，後者被稱為bending 或者flexural strength。量級可能差到10倍甚至更多。

那麼顯而易見，對於破冰來說，施加縱向的力就要比橫向力來的好。因此大多數破冰船都會把船艏部分在水線面的地方設置成很大的角度，這樣接觸力分解得到的縱向力就更大，因此更容易破冰。在水線以下的部分，不同船會有不同設計，主要考慮的是把破碎的冰排到倆側，稱為clearing。還有避免碎冰進入螺旋槳或者內磚塔之類的問題。

再提一句。由於海冰的形成原因，上面有一層晶體橫向排列的存在，因此向下壓要比向上頂來的難，不過倒過來設計的結構在船沒見過，在冰區平台上，尤其是jackup的腿上會見到。

最後再提一句，俄羅斯人設計了一個不對稱層破冰船，考慮了水動力耐波性還有破冰面積的諸多因素，是一個奇怪但是目前被證明有效的設計。船的名字叫做baltika icebreaker。能看youtube的人可以搜一下，它們出了一個海試的視頻，很震撼。

以上。

破冰船就是個大海象啊，趴趴趴趴趴上一塊冰，噗噗噗噗的打滾，咔擦壓碎一塊冰，噗通掉水裡再趴趴趴趴。講真除了北極圈那幾個國家誰都不會這玩意。你讓熱帶國家點這個技能點幹啥？

小時候受到特攝的影響，我一直以為破冰船前面有一個巨大的鑽頭……

我覺得這麼想的應該不止我一個人——！

Aaron工程師回答的很好，受益匪淺。想要補充如下：

極地水域環境具有特殊性，船舶在特殊水域航行能力、自然環境的嚴酷、極地生態環境脆弱等等都是需要面臨的問題。IMO在15年通過了《極地規則》，還有SOLAS還有MARPOL公約都有相關要求。我國在17年開始實施，適用於所有極地水域操作的客船和500總噸以上船舶。

極地船舶應該從多方面進行考量，舉例穩性。完整穩性除了滿足《鋼規》要求，還要考慮結冰情況，比如暴露的露天甲板和舷梯等。破損穩性還要考慮對A類B類，在承受冰損狀態下的剩餘穩性。（具體記不清了= =）

所以，極地船舶的區別，並不單單是「船頭設計很奇怪」僅僅一點。

破冰船是衝上冰面利用自身重量將冰壓碎，非破冰船沒有這種需求