“作为舰船设计人员，特别是科学考察船的设计人员，需要经常深入考察在最前线，亲身观测科学数据并体验工作环境，这样才能设计出满足需求的船舶。”张炳炎说，他所设计的每艘船的每个数据，都是经过亲身参加现场试验、实船试航得来的。

1984年，我国的极地考察船首次向南极进军，随着科考工作的深入，对远航船也提出更高的要求。为收集南极科学考察破冰船的第一手资料，1991年11月至1992年4月，张炳炎带领专家小组登上了“极地”号考察船，参加我国第8次考察队。彼时他已年近花甲，出发前他的胆结石症状严重，但他深知此次的科考重任，仍带病坚持按时出发。他说：去南极考察是一次十分难得的机遇，对于观测极地的洋流走向，能取得宝贵的感性认识。

通向南极的航道是极为艰难的，海浪飓风险情不断，张炳炎与小组其他两名技术人员克服晕船、呕吐等情况，坚持全航程的观察调研工作。在西风带的狂风巨浪里，张炳炎仔细观察、记录，与风浪搏斗了二个多小时，终于掌握了该船在海洋上航行时遇到各种险情的宝贵的第一手资料。当“极地”号驶入浮冰区时，冰山林立、险象环生，巨大的冰块不时的冲击着、挤压着船体，发出“咯吱吱”刺耳的声响，“极地”号甲板上又冷又滑，张炳炎在船上多次往返于船头船尾之间，克服病痛，观察浮冰对船体的撞击情况，为了获取撞击瞬间的宝贵资料，他冒着生命危险将身体倾向船舷，摄下了一组组珍贵的镜头。

当考察告一段落开始返航时，张炳炎本可以直接乘坐飞机回国，但为了在船上观测整个南极大洋的洋流走向，他坚持选择乘船返程，有人劝他早些回家入院治疗，他坚定地回答：“如果出现危险，即使牺牲了也是为了科学而献身，是值得的。”

在考察队的129个日子里，他珍惜每一天，不放过任何一个可掌握数据的瞬间。他带领的技术调研组在冰区中开展的船舶各项科学的调研工作，完成了船舶无限航区环境条件下的研究，共测得极地船舱及舱内有关部位温度、湿度及航线海水温度等数据1万余个；不同船区船体7个部位的冲击数据1000余个；在30余个振动测点上共记录数据2000余个；并对10余块不同浮冰碰撞船体的情况进行了振动响应的测试和录像；同时还采集了一批空气盐雾、霉菌空气等样品。为远洋考察船的安全保障提出了新的看法和建议，后来经测试证实了这些观点的正确性，得到各方高度的赞扬和采纳。

在五十余年的舰船研发设计生涯中，张炳炎以超乎常人的胆略、缜密的逻辑思维、严谨踏实的科学态度，完成了一项又一项艰难的工程。作为总设计师，他主持设计了中国第一艘万吨级科学考察船“向阳红10”号，并圆满地完成了该船的舰载直升机系统的实用试验和远程运载火箭试验船队的近海合练；带领团队自主研发成功了中国第一艘全电力推进船“中国海监83”号船；主持设计了世界第一艘天然气水合物综合调查船“海洋六号”；主持或参与了综合性海洋实习调查船、远洋电子技术侦察船、训练医院船、700箱集装箱船、52000吨浮式生产储油船、雪龙号破冰船等研究设计工作，成果丰硕。

1984年，凝聚张炳炎心血的“向阳红10”号满载着探险队员和全国人民的寄托远征南极，首次在南极大陆建立起中国“长城”考察站，开创了中国第一次以自己设计建造的船舶输送人员装备赴南极考察的历史。“在南极，在深蓝海洋，终于有了我们的足迹。”作为总设计师的张炳炎非常兴奋。在他生命的最后时刻，张炳炎与病魔艰苦抗争着，趟在病床上的他仍然关心着手头的设计项目，提出自己的想法和设计意见。“每当我想到广阔的深蓝海洋，便觉得所做的一切，多么地微不足道，激励我永远铭记，不懈奋斗。”他在一篇回忆文章中写道。