Hydrodynamics of High-Speed Marine Vehicles pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:Faltinsen, Odd M.

出品人:

页数:476

译者:

出版时间:2006-1

价格:$ 157.07

装帧:HRD

isbn号码:9780521845687

丛书系列:

图书标签:

• Hydrodynamics
• Marine Vehicles
• High-Speed Craft
• Naval Architecture
• Fluid Mechanics
• Resistance
• Propulsion
• Stability
• Wave Motion
• Computational Fluid Dynamics (CFD)

现代船舶设计与前沿推进技术 本书将引导读者深入探索现代船舶设计领域的前沿课题与核心技术，重点聚焦于超越传统限制的高效能船型开发、先进推进系统集成以及船舶性能优化策略。 在当今全球航运业面临日益严苛的能效标准和环境法规的背景下，船舶工程正经历一场深刻的变革。本书旨在为海洋工程师、船舶设计师以及相关领域的研究人员提供一套系统、深入且具有实践指导意义的知识体系，涵盖了从概念设计到实际建造过程中的关键挑战与创新解决方案。 --- 第一部分：高效能船型几何与流体力学基础的深化 本部分将从流体力学的基础原理出发，结合现代计算方法，探讨如何通过优化船体几何形状来最小化阻力，并最大化船舶的有效载荷与航速潜力。 第一章：先进船体形式的流体动力学基础 本章将超越标准的阿基米德原理，深入探讨非线性波浪理论在大型水面舰艇和高速船设计中的应用。我们将详细分析薄膜理论、近体流动的数学模型，以及如何利用这些模型来预测和控制船体周围复杂的水流场。 粘性流体与湍流模型： 重点讨论RANS（雷诺平均纳维-斯托克斯方程）在船舶阻力计算中的应用局限性，并引入更高阶的涡流模型（如LES），用于精确模拟船艏波的破碎、水线附近的分离流以及螺旋桨后流的演化。 浅水效应与深水效应的耦合分析： 研究船舶在不同水深条件下兴波阻力的非线性变化规律。讨论如何通过调整船体吃水、艏向角和水线形状，以适应不同海况下的阻力特性优化。 空泡动力学与减阻技术： 针对高航速船舶，分析空泡的形成、发展和溃灭过程对船体表面压力分布的影响。介绍先进的气体注入技术（如气垫润滑、微气泡生成）在降低摩擦阻力方面的最新进展。 第二章：船体优化设计与数值仿真 本章着重于将理论知识转化为可实施的设计参数。我们将详细介绍现代优化工具链的使用方法，强调多目标优化（Multi-Objective Optimization, MOO）在船舶设计中的核心地位。 形状参数化与设计空间探索： 介绍如何使用NURBS（非均匀有理B样条）和体素方法对船体几何进行高效参数化，以适应优化算法的需求。讨论如何构建有效的约束条件集，平衡航速、稳性、适航性和建造性。 计算流体力学（CFD）的高级应用： 详细阐述网格生成（Mesh Generation）的策略，特别是在处理复杂几何交界面（如舵球、鳍板与船体的连接处）时的精细化处理。讨论后处理技术，用于识别和量化阻力源的贡献度。 性能预测与尺度效应： 探讨如何有效应用经验公式、半经验方法（如Holtrop-Mennen）与高保真CFD结果之间的协同关系。深入分析从模型试验到全尺寸船舶性能外推时的尺度效应修正方法，尤其关注粘性阻力和空泡现象的缩尺差异。 --- 第二部分：集成化推进系统与能源效率 本部分将聚焦于船舶动力装置的集成化设计，探讨如何通过创新的螺旋桨设计、新型推进器配置以及智能控制系统，实现整体推进效率的最大化和燃料消耗的最小化。 第三章：螺旋桨与推进器的精细设计 螺旋桨作为船舶动力的最终执行者，其效率直接决定了船舶的经济性。本章将超越传统的几何设计，探讨现代螺旋桨工程的尖端技术。 先进叶片构型与材料科学： 分析高负荷螺旋桨（High-Load Propellers）的设计原理，包括反扭曲叶片、宽叶尖设计以及新型低噪声翼型。讨论复合材料（如碳纤维增强聚合物）在螺旋桨制造中的应用，及其对疲劳寿命和重量的影响。 面向流场特性的螺旋桨匹配： 深入研究船体尾流场对螺旋桨性能的动态影响。探讨如何通过动态调整桨叶攻角、桨毂比，实现螺旋桨与特定船体尾流场的最佳“耦合”。 非常规推进装置： 考察涵道推进器（Ducted Propulsors）、导管桨（Kort Nozzles）在特定工况下的优势，以及导管与螺旋桨空泡控制的交互作用。引入矢量推进系统（如舵桨 Azimuth Thrusters）的设计约束与控制特性。 第四章：集成化动力系统与能效管理 现代船舶的能效提升越来越依赖于动力源的优化与系统集成。本章将关注机械能、电能以及新兴能源的耦合技术。 轴系与减速齿轮箱的优化： 分析高功率密度下齿轮箱的热管理与噪声、振动（NVH）控制。讨论直驱系统（Direct Drive）在降低传动损失中的潜力与工程挑战。 混合动力与电力推进系统： 详细分析柴油机-发电机组（MEG）、电池储能系统（BESS）在船舶动力系统中的集成架构。重点讨论优化负载分配的功率管理策略，以确保在各种航行工况下柴油机的最佳比油耗区间运行。 能量回收与辅助系统： 探讨如何利用尾流发电、涡轮发电机组（Turbo-generators）捕获废气能量，以及将轴系能量转化为电能的回馈机制。分析这些辅助系统对船舶整体运营成本的量化效益。 --- 第三部分：适航性、操纵性与系统集成 本部分将探讨船舶在实际运行环境中的表现，包括对海浪、风力等外部扰动的响应，以及如何通过先进的控制系统保证高速和安全运行。 第五章：船舶运动稳定性与操纵品质 在高速和复杂海况下，保持良好的运动控制至关重要。本章将侧重于船舶的动态响应分析。 六自由度运动仿真与评估： 介绍六自由度（6-DOF）模型在模拟风浪中船舶运动时的数学基础。重点分析横摇阻尼器的设计与优化，包括主动式和被动式鳍板（Stabilizing Fins）的控制逻辑。 高级操纵性分析： 超越传统的Zermelo方程，研究高航速下舵面效率的非线性变化，以及侧推器（Thrusters）在低速动态定位（DP）系统中的作用。讨论“可操纵性”（Maneuverability）与“可保持性”（Controllability）之间的权衡。 抗风浪与适航性指标： 阐述国际海事组织（IMO）对不同等级船舶的适航性要求。结合天气窗口分析，指导设计师如何通过船体上部结构设计（如减小侧风面积）和推进器冗余设计来提升恶劣海况下的安全裕度。 第六章：数字化孪生与智能船舶的控制架构 本章展望未来船舶工程的发展方向，关注信息技术如何重塑船舶的设计、建造、运营与维护流程。 实时性能监控与数据驱动的优化： 介绍传感器网络、大数据采集与边缘计算在船舶运营中的应用。如何利用这些数据流来构建船体、推进系统和管理系统的“数字孪生模型”（Digital Twin）。 预测性维护与健康管理（PHM）： 探讨如何通过分析振动、温度、压力等关键部件的实时数据，预测设备故障，从而优化维护周期，减少非计划停航时间。 自主航行与人机交互界面： 分析实现高度自主航行所需的环境感知、决策制定和安全冗余机制。设计下一代舰桥的人机交互（HMI）界面，确保操作人员能够高效、直观地管理复杂的集成化系统。 --- 本书的特色在于其高度的工程实用性与对前沿科技的紧密跟踪。它不仅提供了理解复杂船舶流体动力学和推进原理的坚实理论基础，更侧重于在资源约束和环境责任的驱动下，如何通过系统工程的方法实现船舶性能的突破性提升。

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