具体描述
《机械工程控制基础学习辅导与题解》(第4版)为《机械工程控制基础》（第四版）的教学参考用书。《机械工程控制基础 学习辅导与题解》对教材中的内容进行了简要的总结，扩充了教材中的例题，并对教材中的所有习题进行了解答。
船舶原理与设计 第一章 绪论 本章旨在为读者建立船舶工程学的宏观认知框架，深入剖析船舶作为复杂系统工程的本质。我们将从船舶在人类社会发展史中的地位和作用入手，阐述其作为交通运输、军事防御、海洋开发等关键领域核心载体的不可替代性。重点探讨船舶工程学科的交叉性、综合性和前瞻性，界定本课程的研究范畴与核心目标——即如何实现船舶在特定工况下，安全、经济、高效地完成预定任务。内容涵盖船舶的分类体系（按用途、按推进方式、按结构特点），以及船舶工程领域涉及的主要学科分支，如船体结构、稳性与强度、船舶动力、操纵性、船舶设计与建造流程的概述。强调理解船舶作为“浮动结构”在水动力环境下的特殊力学行为，为后续章节的深入分析奠定基础。 第二章 船舶的尺度与几何特性 本章聚焦于描述和量化船舶几何形态的关键参数及其相互关系。我们将详细介绍船体的主要尺度要素，包括但不限于：总长（LOA）、水线长（LWL）、型长（BP）、垂向尺度（型深H、型宽B）以及吃水（T）。深入分析这些尺度参数对船舶性能（如航速、载重能力、干舷）的影响机理。核心部分将围绕船体的主要几何曲线展开，包括： 船体型线图（Lines Plan）： 详细解读横剖线、纵剖线和水线形的绘制原理与规范，以及它们如何共同决定船体的水动力性能。 静水力学特性参数： 阐述排水量（Δ）、浮心（B）、稳心高（GM）的计算方法及其在船舶平衡状态判断中的作用。 静水力曲线（Hydrostatic Curves）： 重点讲解和应用水线面系数（$C_{WP}$）、方形系数（$C_B$）、棱形系数（$C_{M}$）等重要的无因次参数，分析这些系数如何反映船体外形对阻力和耐波性的影响规律。 尺度估算方法： 介绍基于历史数据和经验公式，初步估算新船设计尺度范围的初步设计方法。 第三章 船舶的浮性与稳性分析 本章是船舶安全性的基石。首先，系统阐述阿基米德原理在船舶静力学中的应用，并结合船体型线数据，推导浮心位置随吃水的变化规律。随后，进入核心的稳性分析部分： 初始稳性（Intact Stability）： 详细推导稳心高度（GM）的计算公式，解释初稳性与船宽、船体外形系数（如浮心位置）的依赖关系。分析稳性标准规范（如《海上人命安全公约》SOLAS）对最小稳性的要求。 倾覆力矩与复原力臂： 阐述外部倾覆力矩的来源（风、浪、载荷转移、系泊力），并定义和计算复原力臂（GZ曲线）及其在不同倾角下的变化规律。 倾覆实验与校核： 介绍倾覆力矩法、倾斜实验法在确定船舶实际稳性参数（如GM值）中的实际操作步骤与数据处理。 破舱稳性（Damage Stability）： 探讨船舶遭受碰撞或进水后，剩余浮力、复原力矩的变化特性，介绍基于国际海事组织（IMO）准则的概率性与确定性破舱稳性评估方法。 第四章 船舶的水动力性能 I：阻力与推进 本章深入研究船舶在水中的运动阻力机理及其克服方式。 船舶阻力分类与计算： 详细分解船舶总阻力（$R_T$）的组成，包括摩擦阻力（$R_F$）、剩余阻力（$R_R$，主要为兴波阻力和形状阻力）。介绍基于经验公式（如Taylor标准线法、ITTC-1957摩擦阻力线）和模型试验数据推算全尺寸船舶阻力的流程。 兴波阻力理论基础： 概述Wigley船、Source-Sink方法等理论模型对船后兴波模式的初步解释。 推进装置原理： 引入螺旋桨作为主要推进器的概念。讲解螺旋桨的几何参数（直径D、螺距P、叶素数Z、毂比$sigma$）及其对推进性能的影响。 开式水流理论： 阐述推力（$T$）、扭矩（$Q$）与进速（$V$）之间的关系，定义进速系数（$J$）和敞水效率（$eta_o$）。 船-桨-螺旋桨相互作用： 引入相对旋转系数（w）、导流系数（$t$）等概念，解释它们如何修正敞水性能以反映在实际船体后的工作状态，最终确定有效制动功率（$P_D$）和有效推进效率（$eta_D$）。 第五章 船舶的水动力性能 II：耐波性与操纵性 本章关注船舶在波浪中的运动响应和在水中的可控性。 船舶在波浪中的运动（Seakeeping）： 描述船舶在规则波和不规则波中所表现出的六自由度运动（纵荡、横摇、垂荡、横摇、纵摇、艄摇）。重点分析船体形状对横摇阻尼和周期特性的影响，以及共振现象的危害。介绍响应算子（RAO）的概念及其应用。 船舶的操纵性（Maneuverability）： 定义和量化船舶操纵性能的基本指标，包括回转试验（如战术回转直径、稳态横摇角）、制动试验（减速距离）。 船舵与操纵力矩： 阐述舵的基本原理，分析舵的几何参数（面积、纵向位置）对舵力生成和操纵力矩的影响。引入“扭矩-导数法”（MMG模型或SISO模型）对船舶在侧向流场中的受力进行系统建模，预测其转向特性。 第六章 船舶结构与强度基础 本章侧重于船舶作为结构工程对象所面临的载荷和应对的设计准则。 船体结构概述： 介绍主要结构材料（钢、铝合金）的特性，阐述船体布置的基本原则（纵骨、横骨架、双层底/双壳等结构形式）。 载荷分析： 区分静水压力载荷、波浪载荷（局部和总体）、系泊载荷以及机械载荷。重点分析船舶在纵摇和横摇运动中承受的总体弯曲力矩（纵曲矩、横曲矩）的产生机理和大小估算。 强度校核： 介绍船体梁理论在计算纵曲强度中的应用，讲解屈服标准和极限强度要求。探讨局部构件（如甲板、船底、舱壁）的强度设计，包括板厚校核、加强筋的布置与尺寸确定。 第七章 船舶的推进与动力装置 本章概述为船舶提供动力的主要能源系统。 主机选型与匹配： 对比内燃机（低速、中速、高速）和燃气轮机在船舶应用中的优缺点。介绍如何根据船舶航速、经济性要求，通过初步的功率估算，选择合适类型和功率的主机。 轴系传动： 介绍推进轴系的基本组成（轴承、联轴器、轴的强度设计），以及如何通过扭矩和转速计算来确定轴的直径，确保满足强度和临界振动要求。 辅机系统： 简要介绍船舶必需的辅助动力系统，如发电设备、转向机构的液压系统、泵浦系统等，强调其在维持船舶正常运行中的重要性。 第八章 船舶设计流程与经济性评估 本章整合前述理论知识，介绍现代船舶设计的一般流程。 初步设计阶段： 确定设计任务书、确定主要尺度和船型、性能预估（阻力、功率）。 基本设计与详细设计： 从初步设计向具体图纸的转化过程，涉及结构细化、系统布局、设备选型。 船舶经济性分析： 探讨船舶生命周期中的主要成本构成（建造成本、运营成本——燃料消耗、维护保养），介绍通过航行经济性指标（如单位运费成本）来优化设计方案的方法。 总结： 本课程系统地涵盖了从船舶基本几何形态、静力学稳定性、水动力性能（阻力、推进、耐波、操纵）到主要结构强度和动力装置配置的完整技术体系，为理解和参与船舶工程实践奠定坚实的理论基础。
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