具體描述
《水下動力推進係統設計與應用》 內容簡介： 本書深入探討瞭現代水下動力推進係統的設計原理、關鍵技術、製造工藝以及實際應用。內容覆蓋瞭從基礎理論到前沿研究的各個層麵，旨在為相關領域的工程師、技術人員、研究學者以及高等院校學生提供一本全麵、權威的參考資料。 第一部分：水下動力推進係統基礎理論 本部分著重於建立讀者對水下動力推進係統基本概念的深刻理解。 第一章：水下動力推進係統的發展曆程與分類 追溯水下動力推進技術的起源，分析從早期蒸汽機、內燃機到現代電力推進、核動力推進等各個發展階段的裏程碑式進展。 詳細介紹各類水下動力推進係統的分類方法，包括按能源類型（如電池、燃料電池、核反應堆）、按推進方式（如螺鏇槳、噴水推進、泵噴推進）、按應用領域（如潛艇、無人潛航器、水下機器人）等，並分析不同類型係統的優缺點及適用範圍。 第二章：流體力學與水動力學基礎 係統闡述與水下推進相關的流體力學基本定律，包括連續性方程、動量方程、能量方程等。 重點講解流體邊界層理論、渦流理論、空化現象及其對推進效率的影響。 深入分析船舶和潛艇的阻力類型（摩擦阻力、壓差阻力、興波阻力等）及其計算方法。 介紹水動力學中的相似性原理，以及在模型試驗中進行尺度效應分析的重要性。 第三章：推進效率與性能參數 定義並詳細解釋水下動力推進係統的各項關鍵性能參數，如推力、轉矩、效率（相對效率、總效率）、功率、速度等。 深入探討影響推進效率的因素，包括螺鏇槳設計、水流乾擾、空化、船體形狀等。 介紹衡量推進係統性能的常用指標，如推力係數、扭矩係數、效率係數等，並分析其物理意義。 第二部分：關鍵推進技術與設計 本部分聚焦於構成水下動力推進係統的核心技術和設計方法。 第四章：螺鏇槳推進器設計與優化 詳細介紹不同類型的螺鏇槳，如固定螺距螺鏇槳（FPP）、可調螺距螺鏇槳（CPP）、泵噴推進器、涵道螺鏇槳等，並分析其設計原則和適用場景。 講解螺鏇槳設計的基本理論，包括葉素理論、滑流理論等，以及如何通過計算流體動力學（CFD）軟件進行設計和優化。 探討螺距角、弦長、葉片數量、葉片形狀等關鍵設計參數對螺鏇槳性能的影響。 分析空化對螺鏇槳性能的影響，以及減少空化損傷的設計策略。 第五章：噴水推進器設計與應用 介紹噴水推進器的結構組成、工作原理和優勢，如高效、低噪音、抗纏繞、機動性好等。 分析噴水推進器的關鍵設計要素，包括進水口設計、葉輪設計、噴管設計等，以及CFD在優化這些設計中的作用。 探討不同工況下噴水推進器的性能錶現，以及與螺鏇槳推進器的性能對比。 介紹噴水推進器在高速船艇、小型潛艇、無人水麵艇等領域的應用實例。 第六章：泵噴推進器（Podded Propulsor）設計與集成 深入講解泵噴推進器的概念、結構特點（將推進器和電機集成在可鏇轉的吊艙內）及其在提高船舶操縱性、降低能耗方麵的優勢。 分析泵噴推進器的核心部件設計，包括推進器本身（通常是涵道螺鏇槳或噴水推進器）以及電機的集成與密封技術。 討論泵噴推進器在大型船舶、特種船舶（如破冰船、鋪管船）和某些潛艇型號中的應用。 第七章：非傳統推進技術 介紹當前正在研究或已初步應用的非傳統水下推進技術，如： 仿生推進： 模仿魚類、鯨類等海洋生物的遊動方式，如波動鰭、鞭狀推進等。 電磁流體動力推進（MHD Propulsion）： 利用電磁力直接驅動海水，實現無運動部件的靜音推進。 氣泡或蒸汽推進： 利用氣體或蒸汽的膨脹産生推力。 固態推進： 如基於形狀記憶閤金或壓電效應的推進裝置。 分析這些技術的潛在優勢、麵臨的技術挑戰以及未來的發展前景。 第三部分：動力源與能源係統 本部分關注為水下推進係統提供動力的能源解決方案。 第八章：水下能源係統分類與特點 詳細介紹各種用於水下動力推進的能源係統，包括： 傳統電池係統： 鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池等，分析其能量密度、功率輸齣、循環壽命等關鍵指標。 燃料電池係統： 堿性燃料電池（AFC）、質子交換膜燃料電池（PEMFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）等，介紹其工作原理、能量轉化效率和在水下應用的潛力。 內燃機係統： 柴油機等，分析其在柴電潛艇中的應用，以及通氣管工作和不依賴空氣推進（AIP）技術的改進。 核動力係統： 簡要介紹核反應堆在大型潛艇和航母上的應用，其高能量密度和長續航能力。 閉式循環係統（AIP）： 如斯特林發動機、重整燃料電池等，分析其為柴電潛艇提供不依賴空氣推進的能力。 對比分析不同能源係統的能量密度、功率特性、續航能力、環境影響、安全性和成本。 第九章：水下電力推進係統 深入介紹電力推進係統的構成，包括電機（直流、交流、永磁同步電機等）、電力變換器、配電係統以及控製係統。 分析電力推進相較於機械傳動推進的優勢，如布置靈活、響應快、易於實現多軸驅動和靜音運行。 講解電機選型、功率匹配、散熱設計以及電氣安全等關鍵問題。 探討變頻調速技術在提高推進效率和降低噪音方麵的應用。 第十章：能源管理與儲能技術 研究水下能源係統的能量管理策略，如何優化能源的分配、使用和存儲，以實現最大續航能力或最佳性能。 介紹先進的儲能技術，如超級電容器、飛輪儲能等，以及它們在瞬態功率需求和能量迴收方麵的作用。 分析水下環境中能源係統的可靠性、安全性與維護問題。 第四部分：製造工藝與質量控製 本部分關注水下動力推進係統的製造過程和質量保障。 第十一章：水下推進器部件的精密製造工藝 葉片製造： 介紹螺鏇槳、噴水推進器葉片的精密鑄造（如精密鑄造、定嚮凝固）、鍛造、數控加工（CNC）以及增材製造（3D打印）等工藝。 軸係與傳動部件： 探討高強度鋼、閤金材料軸的鍛造、熱處理、精密車削、磨削以及軸承的選型與安裝。 殼體與外殼： 介紹耐壓殼體的材料選擇（如高強度鋼、鈦閤金）、焊接技術（如手工焊、自動焊、氬弧焊）、整體成型工藝以及錶麵處理。 密封技術： 講解水下動力推進係統至關重要的密封技術，包括動密封（如軸封、O型圈、油封）和靜密封，以及材料選擇和設計要點。 第十二章：先進製造技術在推進係統中的應用 增材製造（3D打印）： 詳細介紹金屬3D打印在製造復雜形狀的螺鏇槳葉片、流道部件等方麵的優勢，如縮短研發周期、實現輕量化設計、製造一體化結構。 精密成形技術： 如鏇壓、液壓成形等，在製造特殊形狀殼體或管道方麵的應用。 自動化與智能化製造： 機器人焊接、自動化裝配、智能檢測係統等在提高生産效率、穩定産品質量方麵的作用。 第十三章：材料選擇與性能測試 分析適用於水下推進係統關鍵部件的材料特性，包括強度、韌性、耐腐蝕性、耐磨性、抗疲勞性等，如高強度鋼、不銹鋼、鈦閤金、鋁閤金、復閤材料等。 介紹材料的宏觀及微觀性能測試方法，如拉伸試驗、衝擊試驗、疲勞試驗、腐蝕試驗、金相分析等。 詳細闡述推進器整機及關鍵部件的性能測試方法，包括水池試驗（模型試驗）、拖曳水槽試驗、船模試驗等，以及如何根據試驗結果進行設計優化。 介紹噪聲與振動測試技術，以及在設計和製造中如何降低水下動力推進係統的聲學特徵。 第五部分：應用與發展趨勢 本部分探討水下動力推進係統在不同領域的實際應用及其未來發展方嚮。 第十四章：不同類型水下航行器的推進係統應用 潛艇： 重點分析攻擊型潛艇和戰略導彈核潛艇的推進係統特點，包括靜音性能、續航能力、速度要求等，以及AIP技術在非核潛艇中的應用。 無人潛航器（UUVs）與水下機器人（ROVs）： 介紹其對推進係統的特殊要求，如小尺寸、高精度控製、低功耗、長續航，以及微型推進器、電磁推進等技術的應用。 高速船艇： 分析噴水推進器、可調螺距螺鏇槳在提高高速性能、降低吃水深度、增加操縱性方麵的優勢。 水下特種裝備： 如水下采礦設備、水下施工機器人等，介紹其對推進係統的耐壓、耐腐蝕、穩定性要求。 第十五章：未來發展趨勢與挑戰 綠色與可持續推進： 探討能源效率的進一步提升、新型清潔能源的應用（如先進燃料電池、小型模塊化核反應堆），以及減少海洋環境汙染。 智能化與自主化： 推進係統與導航、控製係統的深度融閤，實現自主避障、路徑規劃、智能能耗管理。 低噪音與隱身技術： 隨著軍事應用對潛艇隱身性能要求的提高，研究更低噪音的推進係統設計，以及主動降噪和吸聲材料的應用。 新材料與新工藝： 納米材料、智能材料在推進器部件中的應用，以及更先進的增材製造和智能製造技術的推廣。 模塊化與標準化： 提高推進係統的可維護性和通用性，降低成本。 應對復雜海洋環境： 提高推進係統在極端海洋條件下的可靠性和耐久性。 附錄： 相關術語錶 國內外重要水下動力推進技術標準與規範 常用計算公式匯總 參考文獻 本書力求內容詳實，理論與實踐相結閤，兼顧科學性與前沿性，適閤作為一本深入學習和研究水下動力推進係統的專業參考書。
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