重型破冰船规范 2024

2024 11.1一般要求 11.3操作模式 21.5符号及附加标志 21.6总体要求 2第2节结构要求 32.1船体分区 32.2设计冰载荷 42.3船体结构 82.4总纵强度 2.5直接计算 2.6局部细节 2.7附体 2.8材料与焊接 第3节推进功率 203.1一般要求 203.2推进功率要求 20第4节机械装置 214.1一般要求 214.2材料 214.3主要参数和载荷定义 214.4冰作用载荷 254.5设计 374.6原动机 494.7机器紧固载荷加速度 494.8辅助系统 494.9压载舱 504.10通风系统 504.11海水进口和冷却水系统 504.12可转向主推进器 504.13替代设计 56第5节船舶转向系统与设备 565.1一般要求 565.2舵 565.3操舵装置 575.4非传统的船舶转向装置 57附录1基于操作场景的冰载荷直接预报 581一般要求 582操作场景 583仿真模拟 584应用 5911.1一般要求1.1.1本规范适用于全年在中等厚度的多年冰及以上冰况下操作的加强型破冰船。1.1.2申请CCS加强型破冰船附加标志的船舶除符合本规范适用规定外，还应满足CCS《钢质海船入级规范》（以下简称“钢规”）及相关指南的适用要求。1.1.3采用本规范的破冰船应至少具备在中等厚度当年冰的极地水域独立航行的能力，并取得ACC-POLAR(DST)防寒附加标志。1.1.4对于具有新颖结构和新型特性的破冰船，经同意，可接受替代和等效方法。1.2定义1.2.1除另有规定外，与本规范有关的定义如下：（1）加强型破冰船：动力和尺度适合于在浮冰覆盖水域从事主动性操作，具有冰区护航、科考及物资保障或冰区管理功能，具有Icebreaker*破冰船附加标志的专用船舶。（2）重型破冰船：系指冰级不低于PC2、连续破冰能力不小于2米(2~3节航速)的加强型破冰船(以下简称“破冰船”)。（3）极地级（PC）：见《钢质海船入级规范》第8篇第13章13.1.2。（4）低气温操作船舶：系指预期驶往或穿越最低日均低温(LMDLT)低于-10℃区域的船舶（5）冰区高位水线（UIWL）：系指由最大冰区航行的船首、船中和船尾吃水确定的水线（6）冰区低位水线（LIWL系指由最小冰区航行时水线。应按压载工况下的冰区航行能力进行确定，螺旋桨在冰区低位水线应全浸没。（7）船长LUI（m沿冰区高位水线(UIWL)，由首柱前缘量至舵柱后缘的长度；对无舵柱的船舶，由首柱前缘量至舵杆中心线的长度；但均不应小于冰区高位水线(UIWL)总长的96%，且不必大于97%。对于具有非常规船首和船尾的船舶，其船长LUI需特别考虑.（8）船舶排水量DUI（kt对应于冰区高位水线(UIWL)吃水时的排水量，当使用多条水线确定UIWL时，则取最大值。（9）极地船用高强度钢（ARC-M）：系指满足CCS《极地船舶指南》“附录8极地船用高强度钢”的高强度船体结构用钢。（10）设计服务温度（DST）：定义见《钢质海船入级规范》第8篇第23章23.1.2.1（3）。（11）除冰和防冰：定义见《钢质海船入级规范》第8篇第23章23.1.2.1（7）、（8）。1.3操作模式1.3.1破冰船主要功能1.3.1.1破冰船的功能是确定操作场景及操作模式的基础。破冰船的功能一般分为护航、科考及物资保障或冰区管理等。如果选择了替代功能，则应在相关文件中包含该功能的描述。（1）护航：从事冰区水域巡逻和搜救任务，为其他船舶开辟冰区航道，营救被困船舶，必要时进行拖曳。在破冰船安全行动范围内，一般选择最简单快速的路线前往救援。（2）科考及物资保障：在冰区水域进行独立的科学考察作业，开辟冰区航道并护送为科考站补给的船舶，同时可兼具为科考站运输物资功能。通常可根据冰况条件及变化重新选择航线。（3）冰区管理：为海上装置/作业等提供防冰、支援及保障。通常会主动打破大块浮冰以免除或降低海上装置/作业遭受海冰威胁。1.3.1.2船东和/或设计方应根据破冰船设计的功能及预期的冰况选择合适的破冰能力指标。根据破冰船的主要功能及操作模式，破冰能力指标一般包括如下：2（1）连续破冰能力（航速，层冰厚度等）（2）层冰下的冰区转向能力（转弯半径，回转速度，层冰厚度等）（3）冲撞破冰能力（航速，冰况等）1.3.1.3对于设计有特殊操作模式的破冰船，如斜向破冰、冰区浅水作业等，则船体区域冰载荷应给予特别考虑。可采用本规范附录1的方法或冰池试验，相关资料应提交CCS。1.4图纸资料1.4.1应将下列图纸资料/信息提交批准：（1）冰区加强结构图（包括冰带划分，可包含在相关结构图纸中）；（2）主推进装置的详细图纸。主推进、舵机、应急和重要辅助系统的说明书应包括对其操作限制的说明。主推进装置必要的负荷控制功能的说明资料；（3）有关主推进、应急和辅助系统的布置，防止冰冻、冰雪造成影响的保护措施，以及预定环境条件下其操作能力的详细设计说明；（4）螺旋桨强度计算书。（5）轴系扭振和强度计算书。1.4.2应将下列图纸资料/信息提交备查：（1）破冰船的功能、设计冰况及破冰能力指标；（2）结构强度计算书；（3）吊舱强度计算书（如适用）。（4）充分验证船舶破冰能力的冰区航行试验报告或冰池船模试验报告或其他认可的等效方法的验证报告。1.5符号及附加标志1.5.1满足本规范要求的极地级船舶可授予Icebreaker*附加标志。该附加标志后应附上相应的极地级，如Icebreaker*PC2。1.5.2当露天和暴露于海水的船体结构采用极地船用高强度钢时，可授予ARC-M（x）附加标志，其中x表示设计服务温度。1.6总体要求1.6.1.1船舶布置应满足CCS钢规第2篇第1章第12节结构布置和第8篇第23章第3节船舶布置的要求。1.6.1.2破冰船的首部形状应有利于冲撞破冰作业。同时，应采取止冰措施（如冰鳍等）以预防船尾甲板浸没。其设计要求一般考虑航速、稳性和干舷，当船舶止于前趾或其他最低位置处于冰上时，应预防船尾甲板浸没并保持足够的正稳性。1.6.1.3应在冰鳍之后设有横舱壁，该舱壁应水密延伸至干舷甲板。当船舶在最深分舱吃水装载条件下，至冰鳍处前方的所有舱室浸水时，不会导致任何其他舱室浸水，不会造成船舶不可接受的稳性损失，按本节1.6.2.1规定的破损后残存因数Si不小于1或满足船舶要求的破损后剩余稳性衡准。31.6.2稳性1.6.2.1船舶稳性应满足CCS钢规第2篇第1章第9节完整稳性、第2篇第1章第10节破损稳性、第8篇第23章第4节稳性和IMO《国际极地水域航行船舶规则》I-A部分第4章分舱和稳性的要求。1.6.2.2结冰状态下的装载工况应满足该船舶本身所规定的剩余稳性衡准。1.6.3水密和风雨密完整性1.6.3.1船舶密性应满足CCS钢规第8篇第23章第5节水密和风雨密完整性和IMO《国际极地水域航行船舶规则》I-A部分第5章水密和风雨密完整性的要求。1.6.4救生设备1.6.4.1救生设备应在设计服务温度（DST）下具备全部功能。1.6.4.2救生艇应为全封闭型，救助艇应为刚性救助艇。1.6.4.3救生设备除视其适用情况满足SOLAS第III章或《特种用途船舶安全规则（2008）》的相关要求外，还应满足如下要求：（1）IMO《国际极地水域航行船舶规则》I-A部分第8章及I-B部分第9节的有关要求；（2）CCS钢规第8篇第23章的有关要求；（3）IMOMSC.1/Circ.1614Rev.1的有关要求。1.6.5拖带1.6.5.1对伴航拖带的破冰船，应进行拖带布置，例如尾部的凹槽以及两个导缆孔和两个带缆桩。尾板和框架应进行加强来考虑与被伴航船舶间的碰撞，推进装置与转向装置的布置也应考虑免于与被伴航船舶的球鼻艏间的碰撞。2.1船体分区2.1.1破冰船船体分区以反映预期作用在这些区域上的载荷大小。在纵向上分为4个区域：首部区、首部过渡区、船中区和尾部区。首部过渡区、船中区和尾部区在垂向上分为底部区、下部区和冰带区。各个船体分区的范围见图2.1.1所示，并符合2.1.2至2.1.5的规定。4图2.1.1船体分区范围2.1.2首部区与首部过渡区之间的边界不得位于首柱线和船舶基线的交点之前，但不必位于首柱前缘沿冰区高位水线向后0.45LUI之后。2.1.3底部区与下部区之间的边界应取在与水平面成7°倾斜角的船体外板处。2.1.4如船舶拟在冰区进行尾向破冰操作，则尾部区应特殊考虑，并取得CCS认可。2.1.5尽管按图2.1.1所示，尾部区的前端边界应位于冰区高位水线（UIWL）平行中体后端点之前至少0.04LUI。2.2设计冰载荷2.2.1一般要求2.2.1.1破冰船船首受浮冰碰擦的作用应作为确定尺度的设计工况。2.2.1.2设计冰载荷由均匀分布在一长方形载荷作用板(高b和宽w)上的平均压力Pavg表征；2.2.1.3破冰船的首部区冰载荷参数为实际首部形状的函数。为确定冰载荷参数(Pavg、b和w)，应对该分区中的下列冰载荷特征参数进行计算：形状系数fai、总的碰擦力Fi、线载荷Qi，以及压力Pi。2.2.1.4除2.2.1.3以外的冰区加强区域，冰载荷参数(Pavg、bNonBow以及wNonBow)与船体形状无关，且基于一个固定载荷板的长宽比AR=3.6确定。2.2.1.5按2.2.2.2（3）计算所得的设计冰作用力适用于首柱处纵剖面角γ为正值且小于80o，且按2.2.2.2（1）定义的最靠船首的分区中点处肋骨垂向角大于10o的首部。2.2.1.6不同于2.2.1.5的其他首部形状，设计冰压力由CCS给予特殊考虑，可采用附录1的方法。2.2.1.7未直接承受冰载荷的船体结构可能仍会承受由船与冰相互作用而引起的货物和设备的惯性载荷。相应的加速度见第4节4.7中的计算方法。2.2.2浮冰碰擦载荷特征参数2.2.2.1定义碰擦载荷特征的参数反映在船级因子之中，且列于表2.2.2.1。船级因子表2.2.2.1船级因子(CFF)船级因子(CFDIS)52.2.2.2首部区（1）在首部区，与浮冰碰擦载荷情况有关的力F、线载荷Q、压力P以及载荷板的长宽比AR是冰区高位水线(UIWL)处量得的船体角的函数。船体角的影响通过对首部形状系数fa的计算得到。船体角的定义见图2.2.2.2（1）。α——冰区高位水线角，(º)；γ——冰区高位水线处的纵剖面角，(º)(纵剖面线角从水平面起量得)；tan(β')=tan(β).cos(α)图2.2.2.2（1）船体角的定义（2）首部区的水线长度通常分成4个等长度的分区。应计算每个分区长度当中位置处的力F、线载荷Q、压力P和载荷板的长宽比AR(在计算冰载荷参数Pavg、b和w时，应取F、Q和P的最大值)。（3）首部区载荷特征参数按如下要求确定：①形状系数fai：fai=min(fai,1,fai,2,fai,3)式中：fai,1②力Fi：Fi=fai.CFC.DUI0.64③载荷板的长宽比ARi：④线载荷Qi：.MN/m6⑤压力Pi：P=F0.22.CF2式中：i——所计算的分区；LUI——船长，见1.2，m；x——首柱前缘沿冰区高位水线（UIWL）与所计算站位的距离，m；α——水线角，(º)，见图2.2.2.2（1）；β′——肋骨法线角，(º)，见图2.2.2.2（1）；DUI——船舶排水量，同1.2，取值不小于5kt；CFC——表2.2.2.1中的压溃失效船级因子；CFF——表2.2.2.1中的弯曲失效船级因子；CFD——表2.2.2.1中的载荷板尺寸船级因子。2.2.2.3首部区以外的其他船体区（1）对首部区以外的其他船体区，用以确定载荷板尺寸bNonBow与wNonBow和设计压力Pavg时所采用的力FNonBow和线载荷QNonBow，计算如下：①力FNonBow：FNonBow②线载荷QNonBow：639.CFDMN/m式中：CFC——表2.2.2.1中的压溃失效船级因子；DF——船舶排水量因子，取值如下：DUI0.64当DUI≤CFDIS时CFDIS0.64+0.10(DUI-CFDIS)当DUI＞CFDIS时DUI——排水量，见1.2，取值不小于10[kt]；CFDIS——表2.2.2.1中的排水量船级因子；CFD——表2.2.2.1中的载荷板尺寸船级因子2.2.3设计载荷板2.2.3.1船舶首部区设计载荷板的宽度wBow以及高度bBow的尺寸如下：wBow=FBow/QBowmbBow=QBowPBowm式中：FBow——首部区的最大力Fi，MN；QBow——首部区的最大的线载荷Qi，MN/m；PBow——首部区的最大压力Pi，MPa。2.2.3.2除2.2.3.1之外的其他船体区，设计载荷板的宽度wBow及高度bBow的尺寸如下：NonBow/3.6m式中：FNonBow——按2.2.2.3（1）①确定的力，MN；QNonBow——按2.2.2.3（1）②确定的线载荷，MN/m2.2.4设计载荷板范围内的压力72.2.4.1设计载荷板范围内的平均压力Pavg按下式确定：Pg=F/(b.w)MPa式中：F——所计算的船体区适用的FBow或FNonBow，MN；b——所计算的船体区适用的bBow或bNonBow，m；w——所计算的船体区适用的wBow或wNonBow，m。2.2.4.2载荷板上存在高压力集中区域。通常，较小区域内出现局部压力集中。因此，为计及局部结构构件上的压力集中，引入表2.2.4.2中所列的峰值压力因子。峰值压力因子表2.2.4.2板PPFp=(1.8－s)≥1.2舷侧纵骨w——冰载荷板宽，m。2.2.5船体区因子2.2.5.1与各个船体区有关的区域因子反映了该区预期承受载荷的相对大小。各个船体区因子AF见表2.2.5.1。2.2.5.2由于船舶机动性的增强，对具有Z型推进装置(包括齿轮传动式和吊舱式)的船舶的船体区因子AF见表2.2.5.2。2.2.5.3如果某一结构件越过船体区的边界，则应使用最大的船体区因子确定构件的尺寸；船体区因子表2.2.5.1BMbi1l1b注1）如有数据支撑，可接受较小的船体因子，但应不小于相应的极地级船体区因子。船体区因子表2.2.5.28BMbi1l1b注1）如有数据支撑，可接受较小的船体因子，但应不小于相应的极地级船体区因子。2.3船体结构2.3.1船体外板2.3.1.1船体外板所要求的最小厚度t：nets式中：tnet——按2.3.1.2要求的净板厚，mm；ts——按2.3.9所得的腐蚀和磨耗增量，mm2.3.1.2抵抗冰载荷所需的外板厚度tnet，应根据骨架的方向而定：对横骨架式外板(Ω≥70°)，以及所有船底板，即位于BIb、Mb和Sb船体区中的外板，净厚度为：=500s[(AF.PPFP.Pavg)/ReH]0.5/[1+s/(2b)]对纵骨架式外板(Ω≤20°)，当b≥s时，净厚度为：tnet=500s[(AF.PPFP.Pavg)/ReH]0.5/[1+s/(2l)]mm对纵骨架式外板(Ω≤20°)，当b<s时，净厚度为：tnet=500s[(AF.PPFP.Pavg)/ReH]0.5.[2b/s-(b/s)2]0.5/[1+s/(2l)]mm对斜骨架式外板(70°>Ω>20°)，应按线性内插取值。式中：Ω——水线的弦线与第一层次的骨材之间的最小夹角，°,见图2.3.1.2；s——横骨架式船舶的肋骨间距，或纵骨架式船舶的纵骨间距，m；AF——表2.2.5.1或表2.2.5.2中的船体区因子；PPFp——表2.2.4.2中的峰值压力因子；Pavg——按2.2.4.1所得的平均压力，MPa；ReH——材料屈服应力，N/mm2；b——设计载荷板的高度，m，其中：计算横骨架式板净厚度时b取不大于(l–s/4)；l——肋骨支撑构件的间距，m，即对于2.3.2.5，等于肋骨跨距，但其值并不因设有任何端肘板而予以减小。如设置承担分布载荷的纵桁，则长度l的取值不必大于纵桁到最远端的肋骨支撑构件的距离。9图2.3.1.2舷侧外板肋骨系统角Ω2.3.2骨架的一般要求2.3.2.1破冰船的骨架应设计为能够抵抗2.2中所述的冰载荷。2.3.2.2“骨架构件”系指横向和纵向的局部骨材以及承受冰载荷的船体区（见图2.1.1）内的纵桁和横向强框架。2.3.2.3如果骨架构件连续通过支撑构件，或设置连接肘板与支撑构件部分相连，则支撑构件处可假定为刚性固定。对于其他情况，应假定为简单支持。对于任何中止于冰区加强区域的骨架，其支撑处应保证刚性固定。2.3.2.4与其他骨架构件相连接的骨架构件的结构细节，包括板材结构，以及对骨架构件端部在支撑构件处连接节点均应符合钢规第2篇第1章第2节的有关要求。2.3.2.5骨架构件的有效跨距见钢规第2篇第1章第2节1.2.3的要求。2.3.2.6计算骨架构件的剖面特性时，应采用腹板、面板/折边(如有时)，以及附连带板的净厚度。骨架构件的剪切面积可包括构件在整个高度范围内的材料，即腹板和包括该处的面板/折边(如有时)。2.3.2.7骨材的实际净有效剪切面积Aw按下式确定：式中：h——加强筋的高度，mm，见图2.3.2.7；φw——外板与加强筋之间的最小角度，(°)，在加强筋跨距中点量得，见图2.3.2.7。只要最小角不小于75°,角度φw之值可取为90°。twn——腹板净厚度，mmwnwc其中：tw——腹板的建造厚度，mm，见图2.3.3.7；tc——从腹板和面板/折边的厚度中减去的腐蚀扣除量，mm，见2.3.9.3。图2.3.2.7骨材几何参数2.3.2.8如果附连带板的横剖面积超过该处骨材的横剖面积，则横骨架式或纵骨架式骨材的实际净有效塑性剖面模数Zp，由下式确定：cm3式中：h、twn、tc和φw——见2.3.2.7，s见2.3.1.2；Apn——局部骨材的净横剖面积，cm2；tpn——连接的外板净厚度，mm，(应符合2.3.1.2所要求的tnet)；hw——该处骨材腹板高度，mm，见图2.3.2.7；Afn——该处骨材面板/折边的净横剖面积，cm2；hfc——该处骨材量至面板/折边面积中心的高度，mm，见图2.3.2.7；bw——该处骨材腹板平面的厚度中心至面板/折边面积中心的距离，mm，见图2.3.2.7；如果该处骨材的横剖面积大于附连带板面板/折边的横剖面积，则塑性中心轴位于距附连外板带板之上zna的位置处，由下式给出：zna且骨材的净有效塑性剖面模数Zp由下式给出：2.3.2.9如系斜向布置的骨架(70°>Ω>20°,其中Ω定义见2.3.1.2)，则应采用线性内插法。2.3.3船底结构局部骨架和舷侧结构横骨架式局部骨架2.3.3.1船底结构(即船体区BIb，Mb和Sb)局部骨架和舷侧结构横骨架式局部骨架的尺寸应确保剪切和弯曲的组合效应不得超出构件的塑性强度。塑性强度由作用于跨距中心引起塑性力学崩溃的载荷幅值确定。对于底部结构的载荷板应设置为尺度b与骨架方向平行。2.3.3.2在2.3.2.7中所定义的骨材实际净有效剪切面积Aw应不小于如下At值：式中：LL——跨间载荷作用长度，m，取a和b的小者；a——2.3.2.5定义的局部骨材跨距，m；b——按2.1.3.1或2.1.3.2确定的设计冰载荷板的高度，m；s——局部肋骨间距，m；AF——表2.1.5.2或表2.1.5.3中的船体区因子；PPFt——表2.1.4.2中适用的峰值压力因子PPFt或者PPFs；Pavg——按2.2.4.1所得的载荷板范围内的平均压力，MPa；ReH——材料屈服应力，N/mm2。2.3.3.3在2.3.2.8中定义的板/加强筋组合的实际净有效塑性剖面模数Zp应不小于如下的Zpt值：式中：AF、PPFt、Pavg、LL、s、a以及ReH——见2.3.3.2；Y=1-0.5(LL/a)；A1——下式大者：Awj/2)[(1a12)0.51]}A.Y)]/(0.275+1.44k.7)j=1，对冰区加强区域外仅一个简支的局部骨架；=2，对无任何简支的局部骨架；wAt——2.3.3.2中给出的局部骨材的最小剪切面积，cm2；Aw——局部骨材的有效净剪切面积(按2.3.2.7计算)，cm2；kw=1/(1+2Afn/Aw)，且Afn见2.3.2.8；kz——通常为zp/Zp；=0.0，当骨材带有端肘板时；zp——面板/折边和所带外板的各自塑性剖面模数之和，cm3；=(bftn/4+beftn/4)/1000bf——面板/折边宽度，mm，见图2.3.3.7；tfn——面板/折边的净厚度，mm，见图2.3.3.7=tf-tc(tc见2.3.3.7)；tf——面板/折边的建造厚度，mm，见图2.3.3.7；tpn——外板的净厚度，mm，(不得小于2.3.1中tnet)；bef——附连带板外板的有效宽度，mm，取500s；Zp——局部骨材的有效净塑性剖面模数(按2.3.2.8计算)，cm3。2.3.4舷侧纵骨架式局部骨架2.3.4.1舷侧纵骨架式局部骨架的尺寸应确保剪切和弯曲的组合效应不得超出构件的塑性强度。塑性强度由作用于跨距中心并导致塑性崩溃力学特性发展的载荷大小定义。2.3.4.2在2.3.2.7中所定义的纵骨实际净有效剪切面积Aw应不小于如下AL值：AL2(AF.PPFs.Pavg)0.5b1.a/(0.577ReH)cm2式中：AF——表2.1.5.2或表2.1.5.3中的船体区因子；PPFs——表2.1.4.2中的峰值压力因子；Pavg——按2.1.4所得的载荷板范围内的平均压力，MPa；b1=k0b2，m；k0=1-0.3/b′b′=b/s；b——按2.1.3.1或2.1.3.2确定的设计冰载荷板的高度，m；s——纵骨间距，m；b2=b(1-0.25b′)，m，如果b′＜2=s，m，如果b′≥2a——按2.3.2.5确定的纵骨架式局部骨材的有效跨距，m；ReH——材料屈服应力，N/mm22.3.4.3在2.3.2.8中定义的板/加强筋组合的实际净有效塑性剖面模数Zp应不小于如下ZPL值：ZpL=1003(AF.PPFS.Pavg)b1.a2式中：AF、PPFs、Pavg、b1、a和ReH——见2.3.4.2；A4=1/{2+kwl[(1-a42)0.5-1]}；a4=AL/Aw；AL——见2.3.4.2；Aw——纵骨有效净剪切面积(按2.3.2.7计算)，cm2；kwl=1/(1+2Afn/Aw)，Afn的定义见2.3.2.8。2.3.5强肋骨和承受载荷的舷侧纵桁2.3.5.1强肋骨和承受载荷的舷侧纵桁应能承受2.2中定义的冰载荷板。冰载荷板应施加在这些构件在剪切和弯曲的组合效应下的承载能力最薄弱位置处。2.3.5.2直接承载的舷侧纵桁，支持局部骨材的强肋骨，或或支持直接承载舷侧纵桁的强肋骨，一般应使用2.5中的合适方法确定其构件尺寸。2.3.5.3强肋骨和承受载荷的舷侧纵桁的尺寸应符合2.3.6中的结构稳定性要求。2.3.6骨架结构稳定性2.3.6.1为防止腹板的局部屈曲，任一构件的腹板高度hw与腹板净厚度twn之比应满足如下要对球扁钢、T型材和角钢：hw/twn≤式中：hw——腹板高度；twn——腹板净厚度；ReH——材料屈服应力，N/mm2。2.3.6.2如实际中无法满足2.3.6.1要求的骨架构件(如承受载荷的舷侧纵桁或高腹板强肋骨)，应要求对其腹板进行有效加强，腹板加强筋的尺寸应确保骨架构件的结构稳定性。此时，骨架构件的最小腹板净度厚为：mm式中：c1=hw-0.8h，mm；hw——舷侧纵桁/强肋骨的腹板高度，mm，见图2.3.6.2；h——穿过所计算构件的骨材的高度(如无此骨架构件，则选0)，mm，见图2.3.6.2；c2——垂直于所计算构件的支撑构件的间距，mm，见图2.3.6.2；ReH——材料屈服应力，N/mm2。图2.3.6.2腹板加强的参数定义2.3.6.3骨架构件还应满足以下要求：twn式中：ReH——骨材处外板的屈服应力，N/mm2；twn——腹板净厚度，mm；tpn——骨架构件处的外板净厚度，mm。2.3.6.4为防止焊接型材的面板发生局部屈曲，应满足下列条件：(1)面板宽度bf，mm，一般应不小于腹板净厚度twn的5倍；(2)面板外伸部分bout，mm，应满足以下要求：bout/tfn≤155/(ReH)0.5式中：tfn——面板净厚度，mm；ReH——材料屈服应力，N/mm2。2.3.7板结构2.3.7.1板结构系指与船体相连且承受冰载荷作用的加筋板单元。这些要求适用于舷内范围的下列之中的小者：(1)毗邻平行的强肋骨或纵桁的腹板高度；或(2)与板结构相交的骨材构件高度的2.5倍。2.3.7.2板厚及其加强筋的尺寸应确保舷侧骨材对端部固定程度的要求。2.3.7.3板结构的稳定性应足以承受2.2中定义的冰载荷。2.3.8首柱2.3.8.1应对首柱区的外板加强，按图2.1.1所示首柱区域至少0.01倍船长的宽度范围内的外板净厚度应不小于按2.3.1计算的净厚度tnet的1.15倍。2.3.8.2首柱区应设计为能承受2.2中定义的冰载荷板，使用2.5中的合适方法确定其构件尺2.3.9腐蚀/磨耗增量和钢板换新2.3.9.1建议对所有破冰船的船体壳板的所有外表面采取有效的保护措施，以防腐蚀以及浮冰造成的磨耗。当冰带区采用复合钢板时，也可视为有效保护。2.3.9.2对于各个等级的破冰船，用以确定外板厚度时所采用的腐蚀/磨耗增量值ts，见表2.3.9.2。外板的腐蚀/磨耗增量表2.3.9.22.3.9.3极地级船舶冰区加强的船体区范围内所有的内部结构适用的最小腐蚀/磨耗增量值ts=1.0mm，包括毗邻外板的板结构，以及加强筋腹板和面板/折边。2.3.9.4如仪器测厚之值小于tnet+0.5mm，则要求对冰区加强的结构进行钢板换新。2.4总纵强度2.4.1适用范围2.4.1.1首部冲撞破冰是校核船体总纵强度的设计工况之一。2.4.1.2本小节规定的船体总纵强度校核要求不适用于首柱角ystem大于等于80o的船舶。2.4.1.3冰载荷应仅与静水载荷组合。该组合应力应与船长范围内不同位置的许用弯曲和剪切应力作比较。2.4.2首部垂向设计冰力2.4.2.1首部垂向设计冰力FIB，按下式计算：FIB=min(FIB,1,FIB,2)MN式中：FIB,1=0.534K.15[sin(ystem)]0.2(DUI.Kh)0.5CFLIB,2FIB,2FKI——凹口参数，=Kf/Kh；(a)对肥大型船首：Kf={tan(αstem)[tan(ystem)]2}0.9；CFL——表2.1.2.1中的总纵强度船级因子；eb——最佳描述水线面的首部形状指数(见图2.4.2.1(1)和图2.4.2.1(2))=1.0，对简化的楔形船首；=0.4至0.6，对勺型船首；=0，对登陆艇船首；也可通过简单拟合大致确定某一eb值；ystem——首柱角，(°)，在冰区高位水线处，水平轴与首柱切线间量得的角度(按图2.1.2.2（1），在中线上测得的纵剖面角)；αstem——冰区高位水线角，(°)，在首部高位冰区水线(UIWL)处量得的水线角，(见图2.4.2.1(1))；BUI——相应于冰区高位水线(UIWL)吃水时的型宽，m；LB——用于公式y=(BUI/2)(x/LB)e中的首部长度，m，(见图2.4.2.1(1)和图2.4.2.1(2))；DUI——排水量，同2.1.2.3，取值不小于10[kt]；Awp——相应于冰区高位水线(UIWL)吃水时的水线面积，m2；CFF——表2.1.2.1中的弯曲失效船级因子；如适用，吃水所依据的数据应确定在与所计算的装载工况相对应的水线处。图2.4.2.1(1)首部形状定义图2.4.2.1(2)BUI=20及LB=16时，首部形状受到的eb作用的描述2.4.3垂向设计剪力2.4.3.1沿船体梁的垂向设计剪力FI，按下式计算：FI=CfFIBMN式中：Cf——纵向分布因子，取用如下：(a)正剪切力Cf=0.0，在位于LUI的尾端与距尾端0.6LUI处之间；Cf=1.0，在位于距尾0.9LUI处与LUI的前端之间；(b)负剪切力Cf=0.0，在位于LUI的尾端处；Cf=-0.5，在位于0.2LUI与距尾0.6LUI处之间；Cf=0.0，在位于距尾0.8LUI处与LUI的前端之间；中间之值应通过线性内插求得。2.4.3.2对施加的垂向剪切应力τa，应以垂向设计冰剪切力替代垂向设计波浪剪力，并采用与钢规第2篇第2章第2节2.2.6的相似方法沿船体梁进行计算。2.4.4垂向设计冰作用弯矩2.4.4.1沿船体梁的垂向设计冰作用弯矩MI，按下式计算：式中：LUI——船长，同1.2.1，m；γstem——见2.4.2.1；FIB——船首垂向设计冰压力，MN；Cm——垂向设计冰弯矩的纵向分布因子，取为如下：Cm=0.0，在位于LUI的尾端；Cm=1.0，在位于0.5LUI与距尾0.7LUI之间；Cm=0.3，在位于距尾0.95LUI处；Cm=0.0，在位于LUI的前端。中间之值应通过线性内插求得。2.4.4.2对施加的垂向弯曲应力σa，应以垂向设计冰作用弯矩替代垂向设计波浪弯矩，并采用与钢规第2篇第2章第2节2.2.5的相似方法沿船体梁进行计算。船舶的静水弯矩应取中垂状态下许用静水弯矩。2.4.5总纵强度衡准2.4.5.1应满足表2.4.5.1中的强度衡准。设计应力应不超过许用应力：总纵强度衡准表2.4.5.1ReH/σu≤0.7ReH/σu＞0.7σaηReH0.41η(σu+ReH)τaηReH/(3)0.50.41η(σu+ReH)/(3)0.5σaτaτcReH——材料屈服应力，N/mm2；σu——材料极限抗拉强度，N/mm2；σc——根据钢规第2篇第2章第2节2.2.7求得的受压临界屈曲η——0.6。2.5直接计算2.5.1一般要求2.5.1.1直接计算不应作为本节2.3.1，2.3.3和2.3.4船体外板和局部骨材要求所规定的分析计算流程的替代方法。2.5.1.2直接计算用于校核承受载荷的舷侧纵桁和构成结构骨架系统的强肋骨。2.5.1.3如直接计算用于校核结构系统的强度，则应采用2.2规定的载荷板，且无需与其他载荷进行组合。载荷板应设置在弯曲和剪切联合作用下构件承载能力最弱的部位。应特别关注减轻孔、开孔、贯穿件附件的剪切强度。2.5.1.4可基于线性或非线性方法进行强肋骨和舷侧纵桁的强度校核。2.5.1.5和2.5.1.6给出了指导要求，详细要求可见CCS《冰载荷作用下结构强度直接计算指南》。2.5.1.5如采用线性方法进行结构评估，应考虑如下：（1）在压缩和剪切作用下的腹板和面板应满足CCS的屈曲强度衡准要求；（2）腹板的名义剪切应力应不大于ReH3；（3）面板的名义VonMises应力应不大于1.15ReH。2.5.1.6如采用非线性方法进行结构评估，应考虑如下：（1）分析方法应能可靠地模拟结构的屈曲和塑性变形；（2）接受的衡准应确保足够的裕度以防止断裂和屈曲与屈服为主导致的刚度明显损失；（3）校核构件的永久侧向变形和出平面变形与相关的结构尺度相比应为较小值；（4）详细的接受衡准应经CCS特殊考虑。2.5.2甲板设备支撑结构2.5.2.1甲板设备支撑结构校核时还应考虑惯性载荷，见第4节4.7中的加速度计算方法。2.6局部细节2.6.1一般要求2.6.1.1局部设计细节应适当设计，以将冰的诱导载荷（弯矩和剪切力）传递到支撑结构上。2.6.1.2承载构件在切口处应保持稳定性。如必要，应进行结构加强。2.7附体2.7.1一般要求2.7.1.1所有的船体附体应能承受与其连接的船体结构或其所处船体区域内的作用力。2.7.1.2载荷定义及响应衡准应视具体情况予以确定。2.8材料与焊接2.8.1材料2.8.1.1船体结构的板材钢级应基于建造完工厚度、破冰船等级和按2.8.1.2的构件材料级别不低于表2.8.1.4。破冰船结构构件的材料级别表2.8.1.1所有露天和暴露于海水中的次要构件和主要构件(见钢规第2篇表1.3.2.2(1)定义)，船中0.4LUI以外的结构I件II所有露天和暴露于海水中的特殊类(定义见钢规第2篇第2篇表1.3.2.2(1))，位于FP0.2LUI范围内的结构构件2.8.1.2在钢规第2篇第1章第3节表1.3.2.2(1)中规定的材料级别应适用于破冰船而与船舶长度无关。此外，破冰船的露天和暴露于海水中的结构构件的材料级别，以及连接于露天和暴露于海水中的外板上的构件由表2.8.1.1给出。如果表2.8.1.1中的材料级别与钢规第2篇第1章第3节表1.3.2.2(1)不一致，则应取两者之中的较高材料级别。2.8.1.3船体结构的所有板材及其附连骨架，以及低位水线向下0.3m以下处设置的船体附属部分的钢级，见图2.8.1.3，应基于上述表2.8.1.1中的船体结构的材料级别，从钢规第2篇第1章第3节表1.3.2.2(6)和表1.3.2.2(7)中得到。图2.8.1.3浸没外板和露天外板的钢材等级要求2.8.1.4船体结构的所有露天板材，以及冰区低位水线向下0.3m以上处设置的船体附属部分(见图2.8.1.3)的钢级，见图2.8.1.3，取不低于表2.8.1.4。露天板材的钢材等级表2.8.1.4BBEBDEDDEDDEDEEDEEDEFEEFEEF2.8.1.5经CCS特别同意，可以使用厚度超过50mm的船体结构用高强度钢，钢级应不低于按表2.8.1.4中50mm板厚的要求。2.8.1.6如选择带有ARC-M(X)后缀的极地船用高强度钢，应符合《极地船舶指南》附录8带有ARC-M(X)后缀的极地船用高强度钢的规定，钢级按表2.8.1.4确定。如果选择规定最小屈服强度≥420MPa的带有ARC-M(X)后缀的超高强度钢，应在《极地船舶指南》附录8的基础上，CTOD值满足表2.8.1.6(1)、表2.8.1.6(2)、表2.8.1.6(3)的要求。钢材认可的无塑性转变温度NDTT(℃)表2.8.1.6(1)ARC-M(-30)ARC-M(-40)ARC-M(-60)钢材认可的母材CTOD试验平均值的最小指标表2.8.1.6(2)厚度t(㎜)H420H460H500H550H620H6900.100.150.150.150.200.200.150.200.200.200.200.250,200.200.200.250.250.300,200.250.250.250.250.300.250.300.300.300.300.35钢材认可的焊接接头CTOD试验平均值的最小指标表2.8.1.6(3)0.100.100.150.150.150.200.150.150.150.150.200.200.150.150.150.150200.200.150.150.150.200.200.250.200.200.200.250.250.302.8.2铸钢件2.8.2.1铸钢件应满足CCS《材料与焊接规范》第1篇第6章的要求，并具有适应于拟营运环境温度的特殊性能。2.8.3锻钢件2.8.3.1锻钢件应满足CCS《材料与焊接规范》第1篇第5章的要求，其中冲击试验温度应为设计服务温度。2.8.4复合钢板2.8.4.1当为减少对冰带区外板的维护而采用不锈钢复合钢板时，应满足2.8.4.2~2.8.4.6要求。2.8.4.2不锈钢复合板应符合CCS《材料与焊接规范》第1篇第3章第9节的有关规定。2.8.4.3基体材料应符合表2.8.1.4的要求。如基体材料选择带有ARC-M(X)后缀的极地船用高强度钢，应符合CCS《极地船舶指南》附录8带有ARC-M(X)后缀的极地船用高强度钢的规定。基体材料的厚度应大于10mm。2.8.4.4当不锈钢复合板用于外板时，覆层金属应考虑其耐海水腐蚀性能。覆层材料厚度应不小于2mm。2.8.4.5使用不锈钢复合板时，应配备合适的阴极保护。考虑到极地环境的低温、低盐等特点，通常需要提高外加电流的保护电位，或者配置更多的牺牲阳极。外加电流的电压提高应不至于过度保护。牺牲阳极布置应考虑可能的冰冲击损伤。2.8.4.6局部使用不锈钢复合板时，应采取有效防腐蚀措施防止不锈钢复合板与其他材料连接区域的电偶腐蚀。2.8.5焊接2.8.5.1冰区加强区域内的角焊缝应采用双面连续焊。对于受空间限制无法双面连续焊的位置，经CCS同意，可以采用其他焊接方式。2.8.5.2在所有的结构连接处应确保其强度的连续性。2.8.5.3如果选择规定最小屈服强度≥420MPa的带有ARC-M(X)后缀的超高强度钢，焊接工艺应在《极地船舶指南》附录8的基础上，满足表2.8.5.3的要求。焊接工艺CTOD试验平均值的最小指标表2.8.5.33.1一般要求3.1.1申请Icebreaker*附加标志的船舶，其推进机械应能持续输出足够的功率，以便在设计冰况下仍有足够的机动性。3.1.2船舶的破冰能力，应通过冰池船模试验或实船冰区航行试验予以验证。如能提供有效证明，也可以接受采用数值计算方法或经验公式方法予以验证。3.1.3在设计的早期阶段或冰池船模试验条件尚不具备时，可采用3.2中的计算方法予以预估。3.2推进功率要求3.2.1船舶安装所需的推进功率应大于按3.2.2中计算的船舶破冰功率。3.2.2船舶所需的破冰功率N1应不小于按下式计算所得之值：N1式中：B——冰区高位水线处的最大船宽，m；L——冰区高位水线处的船舶水线长，m；f1——系数，应按下式计算，且计算时取值应不小于1.0：其中：Δ——吃水在冰区高位水线时的船舶排水量，t；f2——系数，设可调螺距螺旋桨或采用电力推进时，f2取值0.9；设固定螺距螺旋桨时，f2取值1.0；f3——系数，当首柱与水线间夹角≤45°时，f3取值0.9；当首柱与水线间夹角>45°时，f3取值1.0；f4——系数，单桨时，f4取值0.88；双桨时，f4取值0.99；三桨时，f4取值1.06；h0——层冰厚度，m，建议的最小破冰厚度见表3.2.1；v——破冰冰层为h0厚时的船速，kn，其值应取不小于2kn；Sc——冰上覆盖的积雪厚度，m，取值应不小于0.3m；各冰级的最小破冰厚度表3.2.1Icebreaker*4.1一般要求4.1.1本节规定适用于对船舶和船员安全至关重要的主推进、舵机、应急和必需的辅助系统。4.1.2易受冰冻破坏的系统，应设有泄放装置。4.1.3破冰船应设有装置，以确保在包括调距机构在内的螺旋桨损坏情况下，船舶仍能充分操控。充分操控系指船舶应有能力到达可以进行维修的安全港或安全场所，可通过海上临时修理或拖航援助（如能获得）予以实现。4.1.4应具有通过反转使卡住的螺旋桨脱困的措施。本要求同样适用于单一转向的推进装置。4.1.5螺旋桨应全浸没于船舶的冰区低位水线（LIWL）。4.2材料4.2.1铸铁材料4.2.1.1一般应采用认可的韧性材料。铁素体球墨铸铁可用于除螺栓外的其他部件。对于球墨铸铁，试验温度下冲击功平均值不小于10J，即可视作达到与下列材料的夏比V型缺口冲击试验的同等要求。4.2.2暴露于海水的材料4.2.2.1暴露于海水的材料，如螺旋桨桨叶、桨毂和推进器本体的材料，其延伸率应不小于15％，试样按CCS《材料与焊接规范》相关要求选取。应对青铜和奥氏体不锈钢以外的材料进行夏比V型缺口冲击试验。在-10℃时，3次夏比V型缺口冲击试验得出的冲击功平均值应不小于20J。除此之外，还应满足CCS《材料与焊接规范》有关冰级船舶应用铸锻件材料的冲击试验要求。4.2.3暴露于海水温度下的材料4.2.3.1应对青铜和奥氏体不锈钢以外的材料进行夏比V型缺口冲击试验。在-10℃时，3次夏比V型缺口冲击试验得出的冲击功平均值应不小于20J。除此之外，还应满足CCS《材料与焊接规范》有关冰级船舶应用锻件材料的冲击试验要求。上述要求适用但不仅限于叶片螺栓、调距机构、轴螺栓、螺旋桨轴、吊舱体支柱连接螺栓等。但不适用于表面硬化处理过的部件，如轴承和轮齿；也不适用于海水冷却管系，包括热交换器、管子、阀门和附件等。对于暴露在海水温度下的结构边界的定义，见第2节图2.8.1.3。4.2.4暴露于低气温下的材料暴露于低气温下的机械及其基座的材料应为钢质或其他认可的韧性材料。应对青铜和奥氏体不锈钢以外的材料进行夏比V型缺口冲击试验。在最低设计温度以下10℃时，3次夏比V型缺口冲击试验得出的冲击功平均值应不小于20J。上述要求不适用于表面硬化处理过的部件，如轴承和轮齿。对于暴露在空气温度下的结构边界的定义，见第2节图2.8.1.3。4.3主要参数和载荷定义4.3.1本节采用的主要参数符号、名称及其单位如下：c——叶剖面弦长，m；c0.7——0.7R处的叶剖面弦长，m；cLE0.8——0.8R处叶剖面弦长的导边部分，m；cTE0.8——0.8R处叶剖面弦长的随边部分，m；D——螺旋桨直径，m；d——螺旋桨平面处的桨毂外径，m；Dpin——剪切销的直径，m；Dlimit——螺旋桨直径的边界值，m；EAR——盘面比；Fb——船舶营运寿命期内叶片最大向后受力（取负值），kN；Fex——塑性弯曲致使叶片损失而引起的极限载荷，简称叶片失效载荷，kN；Ff——船舶营运寿命期内叶片最大向前受力（取正值），kN；Fice——冰载荷，kN；(Fice)max——船舶营运寿命期内最大冰载荷，kN；h0——自LIWL量起的螺旋桨中心线的深度，m；Hice——设计冰厚，用于定义螺旋桨载荷的冰块尺寸，m；I——计及发动机侧所有部件的等效转动惯量，kgm2；It——整个推进系统的等效转动惯量，kgm2；LIWL——冰区低位水线，m；m——对数S-N曲线的斜率；MBL——叶片弯矩，kNm；n——螺旋桨转速，r/s；nn——以最大持续功率自由运转（无冰块）时的螺旋桨标定转速，r/s；N——冰载荷循环次数；Nclass——螺旋桨各叶片每转一圈遭受冰块的参考冲击数；Nice——船舶营运寿命期内螺旋桨叶片受到的冰载荷总次数；NR——等效疲劳应力下的载荷参考次数（108循环次）；NQ——每个冲击循环过程中的螺旋桨转数；P0.7——螺旋桨0.7R处的螺距，m；P0.7n——最大持续功率自由运转（无冰块）时螺旋桨0.7R处的螺距，m；P0.7b——系柱工况最大持续功率运转时螺旋桨0.7R处的螺距，m；PCD——螺栓节圆直径，m；Q(φ)——扭矩，kNm；QAmax——作为模拟计算结果的最大响应扭矩幅值，kNm；Qemax——发动机最大扭矩，kNm；QF(φ)——用于频域计算的冰块激励扭矩，kNm；Qfr——调距机构中的摩擦扭矩，转叶扭矩减额，kNm；Qmax——螺旋桨与冰相互作用在螺旋桨上产生的最大扭矩，kNm；Qmotor——电动机最大转矩，kNm；Qn——最大持续功率自由运转（无冰块）时的标定扭矩，kNm；Qr(t)——作用于螺旋桨轴系上的响应扭矩，kNm；Qpeak——响应扭矩Qr(t)的最大值，kNm；Qsmax——船舶营运寿命期内的最大转叶扭矩，kNm；Qsex——对应于叶片失效载荷Fex的转叶极限扭矩，kNm；Qvib——虑及部件的振动扭矩，取自敞水条件下的频域扭振计算，kNm；r——叶剖面半径，m；R——螺旋桨半径，m；Rp0.2——部件选用材料的屈服强度（塑性应变为0.2%时MPa，按CCS《材料与焊接规范》选取；Rm——叶片材料的抗拉强度，MPa，按CCS《材料与焊接规范》选取；S——安全系数；Sfat——疲劳安全系数；Sice——确定叶片冰块作用力的冰强度系数；T——系柱条件下的螺旋桨水动推力，kN；Tb——船舶营运寿命期内最大向后螺旋桨冰块推力，kN；Tf——船舶营运寿命期内最大向前螺旋桨冰块推力，kN；Tn——最大额定功率自由运转（无冰块）时的螺旋桨推力，kN；Tr——作用于轴系上的最大响应推力，kN；Tkmax——弹性联轴器能承受的最大扭矩，kNm；Tkmax2——一次载荷循环下的Tkmax，kNm；Tkmax1——5×104次载荷循环下的Tkmax，kNm；Tkv——106次载荷循环下的振动扭矩幅值，kNm；kmax——5×104次载荷循环下的Tkmax的最大变化值，kNm；t——叶剖面最大厚度，m；Z——桨叶数；zpin——剪切销数量；αi——以旋转角度计的螺旋桨叶片与冰相互作用的持续时间，°;α1——螺旋桨冰块扭矩叶片次激励分量的相位角，°;α2——螺旋桨冰块扭矩倍叶片次激励分量的相位角，°;γε——疲劳折减系数（分布和试样尺寸影响）；γv——疲劳折减系数（不同幅值载荷影响）；γm——疲劳折减系数（平均应力影响）；ρ——疲劳折减系数，将最大应力幅值与108应力循环次的等效疲劳应力相关联；σexp——海水中应力循环次数达到108后即失效所对应的叶片材料平均疲劳强度，MPa；σfat——108应力循环次数的冰载荷等效疲劳应力幅值，MPa；σfl——叶片材料的典型疲劳强度，MPa；σref1——参考应力σref1=0.6.Rp0.2+0.4.Rm，MPa；σref2——参考应力，σref2=0.7.Rm或σref2=0.6.Rp0.2+0.4.Rm，取较小者，MPa；σst——由Fb或Ff引起的最大应力，MPa；(σice)bmax——最大向后螺旋桨冰载荷引起的主应力，MPa；(σice)fmax——最大向前螺旋桨冰载荷引起的主应力，MPa；(σice)Amax——虑及桨叶位置处的最大冰载荷应力幅值，MPa；σmean——平均应力，MPa；(σice)A(N)——桨叶应力幅值分布，MPa。4.3.2本节所用载荷的定义和使用说明见表4.3.2：载荷定义和使用说明表4.3.2Fb由螺旋桨和冰相互作用，包括作用于叶片的水动力载荷，引起的螺旋桨叶片寿命期内的最大向后受Ff由螺旋桨和冰相互作用，包括作用于叶片的水动力载荷，引起的螺旋桨叶片寿命期内的最大向前受Qsmax由螺旋桨和冰相互作用，包括作用于叶片的水动力载荷，引起的螺旋桨叶片寿命期内的最大转叶扭形式为在导边或尖稍区域上分布的压Tb由螺旋桨和冰相互作用引起的对螺旋桨（所有叶片）寿命期内的最大推力。推力方向为螺旋桨桨轴Tf由于螺旋桨和冰相互作用引起的对螺旋桨（所有叶片）寿命期内最大推力。推力方向为螺旋桨桨轴Qmax由螺旋桨和冰相互作用，包括作用于叶片的水动用于估算推进轴系上的响应扭矩(Qr)Fex塑性弯曲导致叶片损失的极限叶片载荷。该力可导致叶片完全失效，即在根部区域产生了塑性弯曲用于确保调距机构的金字塔强度原螺旋桨轴系上的最大响应扭矩，计及轴系对于冰块激励（扭转振动）的动态响应和螺旋桨受到的平Tr轴系上的最大响应推力，计及轴系对于冰块激励力。FbFb图4.3.2叶片向后受力方向示意图4.4冰作用载荷4.4.1螺旋桨和冰相互作用本规定适用于位于船尾的具有可调螺距或固定螺距的开式螺旋桨和导管螺旋桨。船首螺旋桨的冰载荷应予以特别考虑。下述给定载荷为船舶整个营运寿命期内正常操作工况下预期的单次作用最大值，并包括螺旋桨反转后的载荷（如适用）。这些载荷不涉及设计范围之外的操作工况，例如一个停止旋转的螺旋桨被拖过冰层的工况。仅就螺旋桨和冰相互作用产生的载荷，本规定也适用于具有齿轮传动或一个集成电动机的定向和全向推进器(包括齿轮传动式和吊舱式)。但载荷模型不包含冰从侧向（径向）进入已转向的全向推进器的螺旋桨而产生的冰载荷，也不包含冰块冲击牵引式螺旋桨桨毂引起的载荷工况。对冰冲击推进器本体产生的冰载荷本节无具体规定，但应根据具体情况进行估算。除另有说明外，4.4中给出的载荷是包含冰载荷和水动力载荷在内的总载荷，应单独应用(除非另有说明)，且仅拟用于部件强度计算。Fb为螺旋桨在船舶营运寿命期内正转碾磨冰块期间所经历的桨叶受到向后弯曲的最大Ff为螺旋桨在船舶营运寿命期内正转碾磨冰块期间所经历的桨叶受到向前弯曲的最大4.4.2冰级系数考虑的设计冰块尺寸为Hice×2Hice×3Hice。表4.4.2列出了各冰级用于估算螺旋桨冰载荷的设计冰厚Hice和冰的强度系数Sice。设计冰厚和冰强度系数表4.4.2Icebreaker*Hice[m]Sice[-]4.4.3开式螺旋桨的设计冰载荷(1)叶片最大向后受力Fb当D＜Dlimit时：当D≥Dlimit时，C1——系数，对于破冰船附加标志的船舶，取1.1。Sice和Hice按表4.4.2选取；n——对调距桨，即为最大持续功率无冰块自由运转时的标定转速；对定距桨，即为最大持续功率无冰块自由运转时的标定转速的85%；与原动机的形式无关；r/s。(2)叶片最大向前受力Ff当D＜Dlimit时：当D≥Dlimit时，Hice按表4.4.2选取；(3)载荷工况表4.4.3(3)中的载荷工况1~4适用于调距桨和定距桨，载荷工况5适用于可反转的螺旋桨。开式螺旋桨载荷工况表4.4.3(3)力Fb在叶片吸力面上，对从0.6R到叶梢并从导边延伸0.2倍弦长的区域，均匀施加的压力力以外的螺旋桨的叶梢区域，均Ff在叶片压力面上，对从0.6R到叶梢并从导边延伸0.2倍弦长的区域，均匀施加的压力50%Ff以外的螺旋桨的叶梢区域，均在叶片压力面上，对从0.6R到叶梢并从随边延伸0.2倍弦长的区域，均匀施加的压力4.4.4导管螺旋桨的设计冰载荷(1)叶片最大向后受力Fb当D＜Dlimit时，当D≥Dlimit时，式中：Dlimit=4Hice，m；C1——系数，对于破冰船附加标志的船舶，取1.1Sice和Hice按表4.4.2选取；n同4.4.3(1)。(2)叶片最大向前受力Ff当D＜Dlimit时，当D≥Dlimit时，Hice按表4.4.2选取；(3)载荷工况表4.4.4(3)中的载荷工况1和3适用于所有螺旋桨，载荷工况5适用于可反转的螺旋桨。导管螺旋桨载荷工况表4.4.4(3)力Fb在叶片吸力面上，对从0.6R到叶梢并从导边延伸0.2倍弦长的区域，均匀施加的压力Ff在叶片压力面上，对从0.6R到叶梢并从导边延伸0.5倍弦长的区域，均匀施加的压力在叶片压力面上，对从0.6R到叶梢并从随边延伸0.2倍弦长的区域，均匀施加的压力4.4.5开式螺旋桨和导管螺旋桨通用的设计冰载荷(1)用于设计调距机构的最大转叶扭矩Qsmax应针对表4.4.3(3)和表4.4.4(3)中所述载荷工况下的Fb和Ff，计算绕叶片轴作用的转叶扭矩Qsmax。如果这些转叶扭矩值小于下式计算的值，则应选用该值作为最小值。0.7kNm式中：F取Fb和Ff中绝对值较大者。叶片失效时的极限转叶扭矩Qsex的确定见4.4.6。(2)叶片载荷的分布图4.4.5(2)给出的Weibull分布（下式表示Fice超越(Fice)max的概率）用于叶片的疲劳设计。式中：k——图谱的形状参数，对于开式螺旋桨，取k=0.75，对于导管螺旋桨，取k=1.0；Nice——为图谱中的载荷循环次数，见4.4.5(3)；Fice——为叶片冰载荷的随机变量，0≤Fice≤(Fice)max。导致的叶片应力幅值分布为：图4.4.5(2)用于疲劳设计的Weibull分布(超越概率)(3)冰载荷循环次数：应按下式确定载荷图谱中每个桨叶的载荷循环次数：Nice=k1k2Nclassn式中：Nclass——对应于各冰级的参考冲击数，按表4.4.5(3)选取；k1——螺旋桨位置系数，位于中心线上的螺旋桨取1，位于两翼的螺旋桨取2，牵引式螺旋桨无论其位于中心线还是两翼，都取3；k2——浸没系数，由下式确定：当f<0时，k2=0.8-f；当0≤f≤1时，k2=0.8-0.4f；当1<f≤2.5时，k2=0.6-0.2f；当f>2.5时，k2=0.1；式中：-1，其中h0缺省时可取为D/2。具有破冰船附加标志的船舶，上述载荷循环次数Nice应乘以系数3。对于承受螺旋桨所有叶片与冰相互作用产生的载荷的部件，上述载荷循环次数(Nice)还应乘以桨叶数(Z)。各冰级的参考冲击数表4.4.5(3)Nclass4.4.6开式螺旋桨和导管螺旋桨通用的叶片失效载荷(1)弯曲力Fex叶片失效载荷是由塑性弯曲导致叶片失效的最小载荷。该力为0.8R处作用于叶片最弱方向的极限载荷，应采用下列公式从叶根至0.5R范围内迭代计算。kN式中：c、t和r分别为叶根圆角以外最弱截面处的叶片柱型截面的实际弦长、厚度和半径，典型位置是在圆角与叶片轮廓的端接处。作为替代，也可通过反映实际叶片非线性塑性材料特性的适当应力分析来计算失效载荷。当叶稍弯曲超过螺旋桨直径的10%时，即可视作叶片失效。(2)极限转叶扭矩Qsex应根据作用在0.8R处的叶片失效载荷Fex来确定转叶扭矩的极限值。导致叶片失效的力通常从桨叶中心线向导边和随边逐步减小。距桨叶自转中心的某一距离处产生最大转叶扭矩。应通过合适的应力分析或使用以下公式计算最大转叶扭矩：=max(cLE0.8,0.8cTE0.8)CspexFex式中：ex=CCfex=0.7但取值不应小于0.3；Csp——虑及转叶臂变化的无量纲参数；Cfex——虑及叶片失效力变化的无量纲参数；图4.4.6(2)显示了转叶扭矩随叶片失效载荷沿整个弦长方向的变化而变化。图4.4.6(2)力作用在0.8R处弦长不同位置处的叶片失效载荷和相应的转叶扭矩4.4.7开式螺旋桨和导管螺旋桨通用的轴向设计载荷(1)作用于桨轴上的最大螺旋桨冰块推力向前推力Tf：TffkN向后推力Tb：T本规定中的载荷模型不包括当冰块撞击在牵引式螺旋桨桨毂上时产生的冰桨作用载荷。(2)作用于驱动螺旋桨的推进轴上的设计推力应按下式计算作用于螺旋桨推进轴上的设计推力。在向前方向的载荷和向后方向的载荷中取较大者同时作为两个方向的设计载荷。系数2.2和1.5考虑了轴系纵向振动引起的动态放大率。向前推力：Tr向后推力：TrffbkNkN如水动系柱推力T未知，则T应按表4.4.7(2)选取。T值表4.4.7(2)TnTn注：Tn为敞水工况下以最大持续功率无冰块自对于牵引式螺旋桨，还应额外计入作用在桨毂上的冰载荷，并提交CCS予以特别考虑。4.4.8开式螺旋桨和导管螺旋桨的扭转设计载荷(1)作用于开式螺旋桨上的设计冰块扭矩当D＜Dlimit时，kNmkNm当D≥Dlimit时，Hice按表4.4.2选取；kopen——取14.7；n——系柱试验工况下的螺旋桨转速，r/s。如未知，则n按表4.4.8(1)选取：n值表4.4.8(1)nnnnn注：nn为敞水工况下以最大持续功率无冰块自由(2)作用于导管螺旋桨上的设计冰块扭矩当D＜Dlimit时，当D≥Dlimit时，Hice按表4.4.2选取；kducted——取10.4；P0.7和n的选取同4.4.8(1)。(3)开式螺旋桨和导管螺旋桨通用的冰块扭矩激励给定的激励载荷用于评估船舶营运寿命期内可能经历