独家推荐|极地船舶除冰，看我新型涂层如何了得！

2017-06-29 11:17:09 作者：谢强，陈海龙，章继峰来源：中国舰船研究分享至：

作为世界第一大进出口贸易国、第二大经济体，海洋安全与我国国家利益密切相关。美国出于维护海洋霸权的目的，在马汉“海权论”思想的武装下，其海军触角已遍布世界各大洋，攫取了所有重要海上通道的控制权，并时刻威胁着我国国防及经济安全。

随着全球气候变暖，北极冰封的航道逐渐融化，打通连接欧亚贸易的北极航道受到世界主要贸易大国及北极国家的高度关注。在积极推进国家海洋发展战略的情势下，为确保海上运输命脉，我国注定不会错失此轮开发海上贸易新航线的历史机遇。

然而，开发北极新航线要求发展适宜在极地恶劣环境中航行和作业的各类船舶及海工装备。在极低温的气候影响下，极地航行船舶和海工装备的船体、上层建筑及各类设备会覆盖大量的冰雪，使船舶吃水深度及重心发生变化，从而降低船舶隐性、上层建筑结构可靠性；设备上积累的大量覆冰还会影响设备运行，带来严重安全风险。

欧洲国家如俄国、美国、德国、加拿大、芬兰、瑞典、挪威、丹麦等国是开展极地航行船舶技术研究最早的国家，在船舶设计、建造、防除冰技术研究方面积累了丰富的经验。

极地航行船舶

哈尔滨工程大学章继峰教授致力于极地船舶与防除冰技术的研究，长期跟踪世界先进国家极地航行船舶防除冰技术的研究发展，本文向我们介绍了目前世界极地航行船舶主要防除冰技术的发展应用现状，梳理总结了各类防除技术的优缺点和应用前景。

极地航行船舶及海洋平台防冰和除冰技术研究进展

谢强，陈海龙，章继峰

中国舰船研究，2017，12（1）：45-53

论文背景

全球气候变暖、海冰大量融化，蕴藏着丰富资源的北极和极具战略价值的北极航道越来越受到关注，世界主要国家掀起了极地船舶关键技术研究热潮，计划大量建造极地船舶。

作为一个近北极国家，北极航道的开通可以减少我国对常规航线的依赖，降低海上运输的安全风险，同时开发北极资源也可为我国能源安全提供战略保障。由于极地常年低温，冰雪积累将极大地影响船舶性能和各类装备的运行安全。

例如，缆绳、救生设备、通风口等的覆冰会给船舶运行和作业带来危险；船体覆冰会增加船舶吃水深度，提高船体重心，降低船舶稳性；上层建筑覆冰不仅会降低结构稳性、结构可靠性，还会对各类设备造成危害，如无线电通信设备和雷达上结冰将影响信号的接收。

此外，覆冰还威胁到直升机的安全作业。为保障极地船舶航行及各类装备运行的安全，不仅要考虑船舶总体防除冰设计，还需要考虑配备防除冰设备以及新的防除冰新型材料在船舶设计上的应用。

论文主要内容

一、极地环境中不同覆冰类型概述

极地航行船舶遭受海水溅淋是船体和甲板形成覆冰的主要原因，同时大气中的过冷液滴遇到装备后也在结构表面大量覆冰，即大气结冰。海水溅淋冰（sea spray ice）是过冷的海水溅射到装备上后迅速形成的结冰。

积雪会增加船舶或海洋平台的重量，覆盖在各种设备上，引起打滑。积雪压实成冰或融化后再凝结成雨凇冰（glaze ice）。雨凇冰是冻雨与装备接触后形成的透明、致密的冰层。相较于雾凇，雨凇冰的冰层密度大，难以清除。

雾凇（rime）是携带过冷液滴的雾与装备表面接触后形成的疏松、不透明的白色粒状结构沉积物，覆盖在设备上后清除难度相对较小。此外，还有霜（frost）、雹（fleet）等结冰量较小的结冰方式。

霜&雨凇冰&雾凇

二、结构覆冰对极地海洋平台和船舶的影响

概述了覆冰影响所涉及的主要方面，包括：船舶的适航性、整体稳性、结构完整性、甲板及其设施、防灾救援设备、通信导航系统、附属设施等。分别评估这些部位受到覆冰威胁的风险程度。

三、极地航行船舶与海洋平台的防除冰技术

极地航行船舶和海洋平台的防除冰方法按照除冰形式分为主动除冰法和被动除冰法。主动方法是指结冰后借助外力除冰，如机械、盐、电加热、红外线等，这些除冰方法需要一定能源或资源。被动方法是指利用涂层材料本身的属性阻止冰凝结到涂层或降低冰的粘附强度，并依靠风力或自身重力使冰脱离表面，这些除冰方法几乎不消耗能源。

对国内外现有防冰/除冰方法与技术进行了归纳和分析，包括电加热、红外线、超声导波除冰等主动除冰方法以及超疏水涂层、牺牲性涂层、水润滑涂层以及低交联度界面滑移涂层等被动除冰方法。

有利于除冰的船体结构设计

采用电加热方法模拟缆绳除冰

垂直发射系统舱盖边缘采用电加热方式除冰

各种表面涂覆防冰涂层前后冰粘附强度对比

结论：

通过对各种防除技术的分析，认为红外线、电热、高速热流等主动除冰方法方便快捷，但能耗较大且存在二次结冰的危险；

超声导波除冰具有能耗低、除冰快和冷除冰的优势，但是由于导波的传播机制限制只适用于板管结构以及较薄的冰层除冰；

化学药剂法和牺牲性涂层费用高、次数有限，且对极地环境有很大影响；

超疏水涂层在一定条件具有较小的冰粘附强度，但在高湿、低温或水滴冲击下其疏水\防冰性能下降严重，需要进一步提高稳定性；

水润滑涂层和低交联密度界面滑移涂层是最近开发出来的优异的防冰涂层，冰粘附强度极小，耐久性、环境适应性良好，具有很大的应用前景。

作者简介

章继峰，男，1976年生，哈尔滨工程大学教授，博士生导师。主要研究方向为复合材料、极地船舶与装备防冰/除冰技术。主持过国防863及863创新基金、国防973子课题、武器装备预先研究项目、国家自然科学基金、科技部国际合作项目、教育部博士点基金、中国博士后基金以及多项横向课题。发表了各类学术论文30余篇，其中SCI检索12篇，EI检索15篇，并拥有多项发明专利。