ICS47. 020. 01CCS U10
体
T/CSNAME210-2026
Rapid prediction method for ice resistance and propulsion power of polar vessels inice conditions
前言
起草. 本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定
请注意本文件的某些内容可能涉及专利.本文件的发布机构不承担识别专利的责任.
本文件由中国造船工程学会船舶标准化专业委员会提出.
本文件由中国造船工程学会归口.
本文件起草单位：上海交通大学、中国船级社上海规范研究所、中国船舶集团有限公司第七O八研究所.
本文件主要起草人：周利、丁仕风、张钰菲、王峥蝶、李放、崔濛、吴刚、曹晶.
极地船舶冰区阻力与推进功率快速预报方法
1范围
流程和分析计算. 本文件规定了极地船舶冰区阻力与推进功率快速预报方法（以下简称预报方法）的计算输入、计算
本文件适用于极地船舶的冰阻力与推进功率的直接预报.
2规范性引用文件
仅该日期对应的版本适用于本文件：不注日期的引用文件，其最新版本（包括的修改单）适用于本 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款.其中，注日期的引用文件，文件.
中国船级社，钢质海船入级规范，2025
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件.
3.1
冰阻力ice resistance
船舶在冰区航行遭受的阻力，其值为冰载荷的时历平均，取平均的时长至少为航行1倍船长所需时长.冰阻力包括破冰阻力与清冰阻力两部分.
3.2
推进功率propulsivepower
为使船舶保持稳定航速，推进装置所输出的有效机械功率.
4符号与缩略语
4.1符号
表1中的符号适用于本文件.
表1极地船舶冰区阻力与推进功率快速预报计算符号
符号 α 残差，无物理意义 说明 符号 两物体多点碰撞切向冲量 说明A 节点处的入水角 接触面积 L 临界接触长度 接触长度A 碎冰第个三角网格的面积 d 接触深度B 残差，无物理意义 船舶型宽 mA 经验系数，取-0.16 物体A的质量Bice 常数，用于计算临界接触长度 碎冰浮心坐标 mg M 物体B的质量 物体质量矩阵C 碎冰水下网格i顶点坐标 μ 船舶摩擦系数
表1极地船舶冰区阻力与推进功率快速预报计算符号（续）
符号 说明 符号 说明经验系数，用于计算冰层承载能力 n 经验系数，当冰厚小于1米时，n=-0.50经验系数，用于计算环向裂纹半径 h/5，当冰厚大于1米时，n=-0.30 竖直向上的单位向量CR 经验系数，用于计算环向裂纹半径 海冰的强度系数 碎冰第个三角网格的法向单位向量 海冰泊松比船舶排水量 0 坐标原点E 两物体多点碰撞物体速度变化 海冰弹性模量 节点处的外倾角 外倾角推进方式参数 数参数 脆性局部挤压力 极限外倾角主尺度参数 Pc P 推进功率fs fs 船型线参数 航行参数 [P] P 用户设置推进功率 设计水线节点fAR 经验附加项，用于计算脆性局部挤压力 船冰作用水平面内摩擦力 P 设计水线节点1-1 辅助水线节点i-1f fy 船冰作用垂直面内摩擦力 P P 冰层承载能力Fo 局部挤压冰力 碎冰浮力 从碎冰质心指向第1个三角网格的中心的向量 由碎冰重心指向浮心的向量FH 局部挤压冰力F与摩擦力的合力的水平面分力 R 环向裂纹半径F 碎冰第个三角网格所受流体拖曳力 碎冰所受流体拖曳力 Pw R 船舶总阻力 海水密度F 局部挤压冰力F与摩擦力f的合力的垂直面分力 冰厚傅汝德数 海冰弯曲强度 冰开角F 9 重力加速度 碎冰浮力矩与接触点物体相对速度与冲量相关 与接触点物体相对速度与冲量相关 U vrel 碎冰第i个三角网格与流体的相对速度 物体A、B碰撞前相对速度h 海冰厚度 船冰相对法向速度h 碰撞点处船冰法向相对速度在垂直面内平行于 结构物表面的速度分量两物体单点碰撞法向冲量 两物体单点碰撞切向冲量 vrel v 碰撞点处船冰切向向相对速度 碎冰排水体积n 法向接触限制矩阵 Vag 航速LA 物体A转动惯量矩阵 切向接触限制矩阵 x 设计水线第个节点的坐标 设计水线第个节点的坐标c 物体B转动惯量矩阵 海冰特征长度 u 20 两物体多点碰撞物体速度变化 Z轴单位方向向量an 两物体多点碰撞法向冲量
4.2缩略语
下列缩略语适用于本文件.
AABB：轴对齐包围盒算法（Axis-Aligned Bounding Box）：
CFD-DEM：计算流体动力学-离散单元法（Computational Fluid Dynamics-Discrete ElementMethod)
EPA：扩展多面体算法（Expanding Polytope Algorithm）：
GJK：吉伯特DW詹森SS科西算法（Gilbert-Johnson-Keerthi）.
5冰阻力预报与推进功率计算流程
极地船舶冰阻力与推进功率方法的计算流程如图1所示.
图1冰阻力预报与推进功率计算流程图
具体流程如下：
a) 输入参数：输入用于冰阻力预报的海冰参数、船舶参数及其他相关参数（具体参数内容见6.1）： 同时输入用于推进功率预报的螺旋桨配置参数、船舶参数及航行参数.b) 船体几何模型预处理：对船体几何模型进行预处理，提取水线及辅助水线的坐标信息，通过计c）冰载荷计算（按时间步）：针对每个时间步，分别计算破冰载荷与清冰载荷.提取该时刻的水 算得到水线处各节点的入水角与外倾角.线坐标点和冰场坐标点，获取冰场轮廊信息：利用水线坐标与冰场轮廊信息，判断船体与平整冰的碰撞情况，对每个接触处计算接触面积，并借助节点外倾角信息判断冰体破坏模式，进面断冰场是否发生破坏，若发生破坏，计算环向裂纹半径并更新冰场信息：同时检测船体与碎冰 计算接触力大小，得到破冰载荷（具体破坏准则与载荷计算方法见6.3.1）.依据破坏准则判的碰撞情况，对每个碰撞处计算碰撞冲量，得到清冰载荷，计算碎冰所受浮力与拖曳力，并更d）冰阻力计算：对仿真得到的冰载荷时历曲线进行时间平均计算，得到冰阻力. 新碎冰位姿.e）推进功率计算：将计算得到的冰阻力代入推进功率计算公式，求解得到船舶推进功率.f） 结果验证与优化：若计算得到的推进功率不小于用户设置的推进功率阀值，则满足设计要求： 若不满足设计要求，可通过优化船体破冰线型以降低冰阻力，或增加船舶推进动力，重新进行上述计算流程，直至满足要求.
6冰区阻力预报方法
6.1参数确定
6.1.1海冰参数
