潜水器设计原理

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页数:291
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出版时间:2011-1
价格:39.50元
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isbn号码:9787811338911
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  • 潜水
  • 技术
  • 潜水器
  • 水下机器人
  • 海洋工程
  • 机械设计
  • 流体力学
  • 控制工程
  • 电气工程
  • 材料科学
  • 结构力学
  • 自动化
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具体描述

《潜水器设计原理》系统地介绍了潜水器的设计技术。全书共9章,包括潜水器发展简史与分类、海洋基础知识、潜水器系统设计基础、潜水器方案设计、潜水器结构设计、潜水器的操纵与控制、潜水器水下导航系统设计、潜水器设备与系统设计、潜水器现代设计方法。

《潜水器设计原理》可以作为船舶与海洋工程专业本科生及研究生教材,也可供从事相关专业的工程技术人员参考使用。

《深海探索:潜水器的历史、技术与未来》 本书将带领读者踏上一段引人入胜的旅程,深入了解人类探索海洋的伟大征程,以及在这其中扮演关键角色的潜水器。从早期粗陋但充满勇气的载人潜水器,到如今能够执行复杂科学任务的先进无人遥控潜水器(ROV)和自主水下航行器(AUV),我们将系统性地梳理潜水器发展的脉络,揭示隐藏在每一次深潜背后的科学智慧与工程突破。 第一部分:海洋的召唤与潜水器的黎明 我们首先会回顾人类自古以来对神秘海洋的向往,以及早期尝试下潜的各种尝试。从亚里士多德的构想,到达·芬奇的精巧设计草图,再到17世纪的早期潜水钟和水下钟,这些先驱者的努力为后来的潜水器发展奠定了基础。我们将重点介绍18世纪末至19世纪初出现的早期军用潜水器,如“海龟”号和“鹦鹉螺”号,分析它们在设计上的创新之处,以及它们在战争中的尝试性应用,即使这些尝试在当时并未取得决定性胜利,也为后来的发展提供了宝贵的经验。 第二部分:潜水器技术革新与黄金时代 进入20世纪,特别是两次世界大战期间,潜水器技术取得了爆炸式的发展。本部分将详细探讨这一时期的重要里程碑。我们将深入剖析第一次世界大战中德国U型潜艇的战术应用及其对海战格局的影响,并介绍当时潜水器的主要设计特点,如有限的潜深、操作的复杂性等。 随后的和平时期,潜水器的发展并未停滞,反而转向了科学研究和商业开发。我们将详细介绍“巴斯卡普”号(Bathyscaphe)的诞生及其深潜纪录的创造,特别是“的里雅斯特”号在马里亚纳海沟的惊世一潜,这不仅是一项工程奇迹,更是人类认知海洋边界的重大突破。同时,我们也关注载人科学潜水器的崛起,如“阿尔文”号(Alvin)等,它们如何改变了海洋学研究的面貌,使得科学家能够亲身进入深海,观察和采集样本。 第三部分:无人潜水器的崛起与自动化时代 随着电子技术和计算机科学的飞速发展,无人潜水器(UUV)开始崭露头角,并在很大程度上改变了潜水器领域的研究和应用模式。本部分将详细介绍遥控潜水器(ROV)和自主水下航行器(AUV)的技术原理、设计特点以及它们在各个领域的广泛应用。 我们将深入探讨ROV的技术核心,包括动力系统、推进器、脐带缆通信、机械臂操作以及各类传感器(声纳、摄像头、CTD等)的应用。通过具体的案例,如深海油气田的勘探与维护、海底管线的铺设与检查、沉船的打捞与考古、海洋生物的监测与研究等,展现ROV在复杂、危险的深海环境中无可替代的作用。 接着,我们将聚焦AUV,分析其自主导航、路径规划、目标识别和数据采集等关键技术。我们将介绍不同类型的AUV,如用于测绘的AUV、用于侦察的AUV以及可执行复杂任务的AUV。通过对AUV在海洋测绘、环境监测、水文调查、军事侦察等方面的应用进行深入剖析,展现其在覆盖大范围区域、减少人力成本方面的巨大优势。 第四部分:潜水器设计的关键要素与挑战 本部分将脱离历史和应用层面,转而深入探讨潜水器设计的核心技术和面临的挑战。我们将从物理学的角度,分析潜水器在深海中所承受的巨大静水压力,以及如何通过材料选择(如高强度钢、钛合金、复合材料)、结构设计(如球形耐压壳、圆柱形耐压壳)来保证潜水器的安全。 我们将深入探讨潜水器的动力系统,包括电池技术、燃料电池、核动力等,以及不同动力系统在续航能力、输出功率、环境影响等方面的权衡。推进系统方面,我们将分析螺旋桨、喷水推进器等不同类型的推进方式,以及它们在操纵性、效率和能耗方面的差异。 此外,我们将详细阐述潜水器的导航、定位与通信技术。在GPS信号无法穿透水体的深海环境中,惯性导航系统(INS)、声学定位系统(如USBL, LBL)以及激光雷达等技术的应用显得尤为重要。同时,我们将分析水下通信的挑战,如声音在水中的传播特性,以及光纤通信、声学通信等技术的优劣。 第五部分:潜水器的未来展望与人类的深海梦想 在本书的最后部分,我们将放眼未来,展望潜水器技术的发展趋势。我们将探讨人工智能(AI)在潜水器中的应用,如增强的自主决策能力、更智能的路径规划、更高效的故障诊断等。我们将关注新型材料的研发,以应对更深、更极端环境的挑战。同时,我们将探讨生物仿生学在潜水器设计中的应用,从海洋生物的运动方式和结构中汲取灵感,设计更高效、更灵活的潜水器。 本书还将触及载人深潜器在未来可能扮演的角色,以及其在科学探索、海底资源开发和商业旅游等领域的潜力。我们将讨论小型化、模块化、集群化潜水器(如水下无人机群)的发展趋势,以及它们在协同作业和信息共享方面的优势。 最后,我们将回到人类对海洋的好奇心和探索精神,强调潜水器作为人类延伸感官和行动能力的工具,在理解地球、保护海洋生态以及拓展人类生存空间方面所具有的深远意义。本书旨在为所有对深海探索、工程技术以及海洋科学感兴趣的读者提供一个全面、深入且富有启发性的视角,共同迎接人类深海探索的下一个黄金时代。

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读后感

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用户评价

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这本书给我带来的震撼,远不止于表面上那些精密的机械图纸和复杂的流体力学公式。它让我看到了人类探索未知的勇气,以及将这份勇气转化为实际行动的智慧。我一直对深海充满了敬畏,那种黑暗、高压、寂静的环境,总让我觉得充满了神秘和未知的生命。阅读《潜水器设计原理》,我仿佛置身于一个巨大的实验室,亲眼见证着科学家和工程师们如何一点点地破解深海的秘密。他们如何考虑材料的强度,以抵御那令人难以置信的水压;如何设计流线型的外形,以减少水流的阻力,确保潜水器的稳定性和机动性;如何解决生命维持系统的问题,让宇航员能够在那样极端恶劣的环境下生存和工作。书中对每一个细节的考量都让我叹为观止,从微小的密封圈到庞大的推进系统,无不凝聚着人类的智慧和汗水。我尤其对书中所阐述的关于浮力控制的章节印象深刻,那一连串精妙的计算和巧妙的设计,是如何让一个庞然大物能够在水下自由穿梭,甚至精确地停留在目标位置,这简直就像是在操控一艘宇宙飞船在太空航行一样令人着迷。它不仅仅是一本关于工程技术的书籍,更是一部关于人类探索精神的史诗。

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这本书的出现,让我对“工程”这两个字有了更深层次的理解。它不再仅仅是冰冷的机械和复杂的计算,而是一种充满智慧、勇气和责任感的实践。我曾一度认为,潜水器只是一个在水下移动的载具,但读完这本书,我才意识到,它是一个集成了众多尖端科技的复杂系统。书中的热力学原理在维持舱内温度和压力方面的应用,让我看到了工程师们如何解决生存的基本需求。还有关于生命维持系统的详细介绍,包括氧气供应、二氧化碳吸收、水净化等,这些细节让我对潜水器的复杂性有了更直观的认识。我甚至对书中提到的声学信号处理技术产生了浓厚的兴趣,了解到如何在嘈杂的海底环境中,提取出有用的信息。这本书让我明白了,每一个伟大的工程成就,都是无数个微小而精准的设计所堆叠而成的。

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阅读这本书,就像接受了一次潜移默化的思维训练。它不仅仅是传授知识,更是培养一种解决问题的能力。我发现,在阅读过程中,我开始不自觉地将书中的设计思路和方法应用到思考其他工程问题上。例如,在考虑某个产品的可靠性时,我会想到书中关于冗余备份的原则;在思考如何优化某个流程时,我会借鉴书中关于流体动力学的分析方法。这本书最让我着迷的一点在于,它将看似抽象的物理定律,通过具体的工程设计,变得鲜活而实用。我过去对空气动力学和流体力学这些概念,总觉得有些遥不可及,但通过潜水器外形设计、推进方式的讲解,我才真正体会到这些学科的强大力量。它就像一把钥匙,打开了我理解复杂工程系统的一扇门。而且,书中对材料科学的讲解也让我受益匪浅,了解了不同材料在极端环境下的性能表现,以及如何根据设计需求进行选择和组合。

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我一直对海洋这个巨大的未知领域充满着浓厚的兴趣,而《潜水器设计原理》这本书,为我提供了一个窥探这个领域的绝佳窗口。它没有像一些科普读物那样,仅仅罗列一些奇特的海洋生物或者壮丽的海底景观,而是深入到了构建这一切探索工具的基石。我特别欣赏书中对“人机工效学”的关注,这不仅仅是关于机械的性能,更是关于如何让操作人员能够在有限的空间内,高效、安全、舒适地工作。当我看书中的潜水器内部结构图时,我能够想象到操作员是如何通过精密的控制面板,操控着这个庞大的机械装置,去执行那些至关重要的任务。而且,书中对声学和光学在潜水器应用中的讲解,也让我大开眼界。在黑暗且阻碍重重的深海,如何利用声呐进行探测,如何通过各种光学设备来捕捉微弱的光线,这些技术细节让我对潜水器的“眼睛”和“耳朵”有了全新的认识。

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《潜水器设计原理》这本书,让我看到了科学理论是如何转化为触手可及的现实的。我一直对物理学中的许多原理感到好奇,但总觉得它们离我的生活很遥远。这本书,通过潜水器设计的具体案例,将这些抽象的原理变得鲜活而易懂。例如,浮力原理、牛顿定律、材料强度理论等等,在书中都有详细的阐述,并且是如何巧妙地应用于潜水器的设计中。我尤其喜欢书中关于“流体动力学”的讲解,了解到潜水器的外形设计是如何影响其在水中的运动阻力,以及如何实现平稳的操控。当我看到书中那些精美的三维模型图时,我仿佛能够感受到水流在潜水器周围流动,我能够想象到工程师们是如何通过模拟和计算,不断优化设计的。

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这本书给我带来的最大收获,是让我对“系统工程”有了全新的认识。我以前总觉得,一个项目就是把很多部件组装起来,但这本书让我明白,一个潜水器是一个高度集成的、多学科交叉的复杂系统。从最基本的力学计算,到最前沿的电子技术,再到最严苛的生命支持系统,所有这些都必须协同工作,才能确保整个任务的成功。我尤其对书中对故障排除和应急预案的讲解印象深刻。在那样一个与世隔绝的环境中,任何一个微小的故障都可能带来巨大的风险,而书中详细列举了各种潜在的故障场景,并提出了相应的应对措施,这让我看到了工程师们在设计中对风险的全面考量和对生命的敬畏。它不仅仅是关于如何制造一个潜水器,更是关于如何在这个过程中,将风险降到最低。

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《潜水器设计原理》这本书,与其说是一本技术手册,不如说是一部关于人类智慧如何征服极限的史诗。我一直对深海的探索充满向往,但同时也意识到,那是一个对任何生命都极不友好的环境。这本书,用一种非常直观和有力的方式,向我展示了人类是如何克服这些挑战的。我特别喜欢书中对材料科学的探讨,了解了在极高的压力下,哪些材料能够保持其结构完整性,哪些材料会发生形变甚至损坏。而且,书中对密封技术和防水设计的讲解,让我对潜水器内部的滴水不漏有了全新的认识。我曾想象,如此庞大而复杂的机器,即使是最微小的缝隙,也可能带来灾难性的后果。这本书详细介绍了各种密封材料和结构设计,以及它们如何在承受巨大压力的情况下保持其功能,这让我对工程师们的细致入微感到无比钦佩。

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在我眼中,《潜水器设计原理》是一本具有里程碑意义的著作,它不仅为专业人士提供了宝贵的参考,更向我这样的普通读者展示了人类科技的边界在哪里,以及我们是如何一步步拓展这些边界的。我一直认为,科技的发展,不仅仅是实验室里的理论突破,更是将这些理论转化为能够切实解决实际问题的工具。潜水器,无疑就是人类征服海洋的伟大工具之一。书中对动力系统和能源供给的论述,让我深刻理解了在封闭环境下,如何高效且持久地提供能量。我曾好奇,为什么有些潜水器可以长时间在水下作业,而有些却需要频繁浮出水面。这本书的解释让我豁然开朗,原来这背后涉及到了能量密度、能量转换效率、能源回收利用等诸多复杂的技术考量。而且,书中对安全冗余设计的强调,更是让我看到了工程师们在设计中对生命的尊重。每一个关键系统都有备用方案,即使某个部分发生故障,也不会导致灾难性的后果,这是一种高度负责任的设计哲学。

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这本书的出现,简直就是对我多年来关于海洋探测所有疑问的一次集中的、深邃的解答。我一直对海洋深处那些未被触及的区域充满好奇,想象着那里可能隐藏着怎样的生命形态,怎样的地质构造,甚至怎样的古老文明遗迹。但同时,我也清楚地认识到,要抵达那里,需要克服多少难以想象的困难。这本书,用一种极其详实、逻辑严谨的方式,将这些困难一一呈现,并给出了一套套令人信服的解决方案。我特别佩服作者在阐述各种设计原则时所表现出的深度和广度。它不仅仅是停留在理论层面,而是将理论与实际应用紧密结合,通过大量的案例分析,让我看到了这些原理是如何在现实世界中发挥作用的。我曾一度对金属疲劳和材料损耗的担心,书中对此有详细的论述,以及如何通过合金选择、结构优化等方式来延缓和克服这些问题。还有关于通信和导航系统,在深海环境下,电磁波传播受到极大限制,如何保证信息的准确传输,以及如何精确地定位,这些都是让我感到无比神奇的工程挑战,而这本书为我打开了一扇新的视野。

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这本书不仅仅是一本关于技术和工程的书,它更是一次关于人类探索未知、挑战极限的壮丽叙事。我一直对深海充满了好奇,但同时也对那里极端恶劣的环境感到畏惧。这本书,以一种极其详实、逻辑严谨的方式,向我展示了人类是如何克服这些挑战的。我特别欣赏书中对“结构设计”的深入探讨,了解了在巨大的水压下,潜水器的外壳是如何保持其稳定性的。书中关于材料的强度、韧性以及疲劳强度的分析,让我看到了工程师们在选择材料时所做的细致考量。而且,书中对“推进系统”的讲解也让我大开眼界,了解到各种不同的推进方式,以及它们在不同工况下的优缺点。我曾一度好奇,是什么样的力量能够驱动如此庞大的机器在深海中前行,这本书为我揭示了其中的奥秘。

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