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北极地区海冰受风场和洋流的影响,长期处于漂移运动状态。破冰船在极地海域航行时,冰排的漂移运动对冰-船相互作用产生重大影响,特别是当冰排的漂移方向与船舶航行方向不在同一直线时,船舶首、中、尾区域都将遭遇冰排的直接作用。此时冰排的破坏呈现出多种模式,其对船舶航行阻力影响程度尚不明确。鉴于此,本文通过室内模型试验对不同漂角下的冰船相互作用展开了研究。 当冰排的漂移方向与船舶的运动方向呈一直线时,即船舶在冰区直航时,冰载荷主要集中于船首区域,冰排的破坏呈现劈裂-挤压-弯曲的复合模式。而船体中部与尾部位于船首开辟的航道中,只会偶尔遭遇小块碎冰的作用,因而此时主要关注船首的冰载荷分布与航行总阻力。本文对船舶的航行阻力及船首断裂冰力进行了研究,分析了断裂冰力在航行总阻力中所占的比例及该比例随航速的变化规律。 当船舶的航行方向与冰排运动方向不在同一直线时,即船舶在一定漂角下斜航航行时,船舶的首、中、尾部将直接与冰排发生接触,此时船首区域的破坏模式发生了变化,以挤压-弯曲破坏为主,而船中区域主要发生压弯-挤压破坏,船尾区域的破坏模式以挤压破坏为主。本文研究中重点关注了航行阻力及船侧冰载荷的分布变化规律,分析了冰排漂移速度与航速的变化对航行阻力产生的影响。 本文在研究过程中还发现了冰载荷沿船侧分布包含线载荷与点载荷两种类型,航速和漂角都将对线载荷的长度、线载荷与点载荷的大小以及线载荷与点载荷的出现频率产生影响。但目前的研究工作对这些载荷的影响尚无法做出有效评估,相关研究还需后续逐步展开。