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破冰船的破冰方法不像我们大多数人想象的,如同斧子劈柴时那样,从中间向两侧劈开。
而是在竖直方向施力,将冰压坏或者顶坏的。
这是因为,冰一般是层状的,在水平方向可以看做是无限延伸的,而竖直方向则仅有有限的截面积用来承受外力。
使用同样大小的力,作用在水平方向给冰造成的剪切应力(即压强)接近于零,而竖直方向上则可以将冰破开。
也就是说,靠撞击是很难撞开有些厚度的冰层的,需要从上至下的给冰层压力,让冰层承受不住压力而碎裂,这就是首压法,首压法也是后世世界各国采用最多的破冰方式。
改造之初,叶明本来的想法是将舰体的钢板全部更换为钛合金,能在-200度的超低温条件下不变形,钛合金的耐受能力还是比较值得他信赖的。
唯一让叶明退却的就是华夏的钛合金产能不足,一艘1。5万吨的巨轮,其船体所需要使用的钢材至少也要2000吨以上。
但考虑到1983年时,华夏的粗钢产量才堪堪突破5000万吨,而钛合金的产量则更加稀少,只有10吨。
这10吨还是叶明为了加固向阳红10号和歼8改战机而炼制的,这让叶明瞬间打消了将船体全部更换为钛合金的方案,毕竟他没有那么长时间来等待钢铁厂炼制出足够多的钛合金了,要知道,钛合金可不是普通的粗钢可比的,即便是有了生产技术,也不是短时间内能将产能提升起来的。
其实,在叶明拿出钛合金炼制技术交给国内各大炼钢厂前,国内虽然也对这种金属有所研究,但还没有那家单位拿出可行性的技术成果。
如果没有叶明拿出钛合金的制造技术,国内的钢铁单位至少也要再过两年才能研究出钛合金炼制技术,要想扩大产能,恐怕要到十几、二十年后了。
如果叶明敝帚自珍,国内钛合金工业还是会如前世一般,难以快速发展。
但叶明没有考虑过自身利益,他在第一时间就将这项技术交给了国家。
现如今,国内各大炼钢厂都已经掌握了这项钛合金生产技术,虽然说还不能在短时间内达到年产2000吨那么夸张,但是在今年年产个200-300吨还是有把握的。
钛合金的应用范围非常广泛,航空航天、军用装备、医疗产品、汽车、发动机、船舶等行业都需要它。
其中,航空和航天是钛合金的主要应用领域,占据了大部分市场份额。
只不过,到了叶明这里,就非常奢侈的给向阳红10号用上了,早在去年下半年,叶明就对这艘打捞船进行钛合金加固,现在叶明准备将国内生产的大半钛合金都用到舰首加固上。
由于钛合金与普通钢板焊接不了,而且叶明又放弃了重铸船体的打算。
所以,在一番考量后,他只能选择以原本的钢铁船体为底,在船体外层用铆钉拼接了一层Ti-6Al-4V超低温钛合金钢板,钢拉铆钉可以将两层不同特性的钢板象夹子一样夹紧,使其无法脱开。
而在船艏、船艉和水线等重要位置,还适当加大了钛合金钢板的厚度。
叶明选择的Ti-6Al-4V钛合金具有极强的延展性和韧性,具有高强度、轻量化、高耐腐蚀性等特点,能在零上500度的高温到零下257度的超低温环境下保持状态。
Ti-6Al-4V钛合金的主要成分是钛、铝、钒、铁、氧、碳等元素,这种钛合金也是叶明能掌握的钛合金金属中强度最高的,也是最耐高温的,黑鸟的机体使用的就是这种钛合金。
Ti-6Al-4V钛合金和BT5钛合金分别是霉苏的钛合金制造标准,在叶明的多方考量下,他还是选择了Ti-6Al-4V钛合金作为舰体钛合金技术。
虽然不是将船体全部更换为钛合金,但是这种改装方式还是会用掉至少100吨Ti-6Al-4V钛合金,这种奢侈的用料除了叶明,恐怕再没有谁能够完成了,毕竟国内的钛合金产量还没有提升起来,现在这100吨钛合金,已经是国内半年时间的绝大部分产能了。
没想到,这种极其坚固的金属还没被用到航空航天方面,倒是被叶明用到了改装破冰船上了。
虽然通过几大炼钢企业的关系,叶明调拨到了足够多的钛合金材料,但是叶明还是为此付出不小的代价,即便各大炼钢企业看在叶明这个技术提供者的面子上,给出的都是成本价,但叶明还是实打实的给他们送去了1。5亿软妹币,这才将这100吨钛合金给买回来。
好在这笔钱会由财政支付,毕竟这不是鍕方的项目。
但这项支出还是让叶明落了不少的诟病,很多人都认为,要是花这么多钱的话,还不如先向国外采购一艘差不多的将就着用,毕竟1。5亿软妹币都够在国外买一艘新建的PC3级破冰船了,现在叶明才只是买舰体材料都花费如此巨大,那改造整艘破冰船的造价还不得上天啊!
不过,叶明也没有办法,他总不能跟他们说,自己根本就没有破冰船的建造经验,所以只能往这艘船上堆重甲了,想必有了足够厚实的钛合金托底,这艘破冰船就算是撞,也能从冰面上撞出一条路来,叶明相信,以钛合金的坚固程度,就算是撞不破冰层,也不至于被冰层的反震给震裂船体的。
在确定了用钛合金升级船体后,叶明考虑的方向就转向了其它设计。
首先就是造型的改变,向阳红10号破冰船从尖艏被改造成了椭圆形的舰首,船底也从浅“V”型底,被改成了类似远洋货轮的接近平底,舰体的宽度也略有增加,这都是为了增加向阳红10号的冰上稳定性。
虽然冰上稳定性增加了,但是却是以海面稳定性换来的,平底船跟V底船的性质完全不同,平底船航行阻力大,船身的抗风浪稳定性很不好,除非是特别装载足够多足够重的货物,否则的话,在高海况下很容易翻船。
叶明敢这个设计,主要还是因为他有一个办法能让向阳红10号的船舱内部短时间内就增加重量。
由于向阳红10号有着非常严密的水密舱舱室,所以只要加装注水和抽水装置,向阳红10号的水密舱就能成为压载水调节室,海况不好时就向封闭的水密舱里注水维持稳定,等到海况好时就将水排掉。
同理,在破冰的时候,向阳红10号也可以放水将船体开上冰层,在从海里抽水到水密舱,用来压垮冰层,这样的破冰方式虽然会比冲撞式破冰法慢得多,但是却胜在稳当,不会因为一块厚冰就把船撞坏了。
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