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高考申論題 105年 [輪機技術] 輪機管理與安全

第 一 題

📖 題組:
四、試解釋以下輪機專業名稱。(每小題 5 分,共 25 分) ㈠制動馬力(brake horsepower, BHP) ㈡最大連續出力(maximum continuous output/rating, MCR) ㈢船殼效率(hull efficiency) ㈣船體之不穩定平衡(unstable equilibrium) ㈤船體之定傾中心(metacenter, M)
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

制動馬力(brake horsepower, BHP)

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看到「制動馬力(BHP)」,應直覺聯想到主機的「實際有效輸出功率」。答題時需點明其定義(扣除機件摩擦損失後的淨馬力)、與指示馬力(IHP)的數學關係,並簡述其在輪機實務上的應用意義。

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「制動馬力(brake horsepower, BHP)」指引擎曲軸端(或輸出軸)實際輸出的有效可用功率。 特徵包含: (1) 數值關係:為氣缸內燃燒產生的總功率(指示馬力,IHP)扣除引擎內部機件運轉之機械摩擦損失(摩擦馬力,FHP)後,真正可傳遞至推進系統作功的淨馬力(即 BHP = IHP - FHP)。

小題 (二)

最大連續出力(maximum continuous output/rating, MCR)

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看到「最大連續出力(MCR)」,應聯想到主機性能指標與船舶操作實務。作答時需精確點出「連續無限制運轉」、「最大有效功率」以及「特定轉速與環境條件」,並補充其在實務上作為設定常用馬力(NCR)及合規計算基準的重要意義。

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「最大連續出力(maximum continuous output/rating, MCR)」指船用主機在製造廠所規定的特定環境條件(如溫度、大氣壓力)及額定轉速下,能夠確保機械安全、穩定且「連續無限制運轉」所能輸出的最大有效功率。 實務應用與特徵包含: (1) 性能基準:為衡量引擎性能的最高設計標準,通常以此數據作為船舶造船合約、主機銘牌標示與驗收的依據。

小題 (三)

船殼效率(hull efficiency)

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看到「船殼效率」,應立即聯想到船舶推進理論中「船體」與「螺旋槳」的交互作用。破題直接寫出定義(有效馬力與推力馬力之比),並列出公式 $\eta_H = (1-t)/(1-w)$ 解釋伴流與推力減耗的影響,即可精準拿分。

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「船殼效率」(Hull Efficiency, $\eta_H$)指船舶之「有效馬力(Effective Horsepower, EHP)」與「推力馬力(Thrust Horsepower, THP)」之比值。 特徵包含: (1) 核心公式:$\eta_H = \frac{EHP}{THP} = \frac{1 - t}{1 - w}$,其中 $t$ 為推力減耗係數(thrust deduction fraction),$w$ 為伴流係數(wake fraction)。

小題 (四)

船體之不穩定平衡(unstable equilibrium)

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看到「船體之不穩定平衡」,首先應聯想船舶穩度中重心(G)與定傾中心(M)之相對位置關係。解題時需點出「GM值為負」(G在M之上),說明受外力傾側後無法自行恢復的物理現象,並結合輪機實務帶出自由液面效應及壓載水管理的處置原則。

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「船體之不穩定平衡(unstable equilibrium)」指船舶之重心(G)位於定傾中心(M)之上,即定傾中心高度(GM值)為負值之狀態。 特徵包含: (1) 失去復原力矩:當船舶受外力(如風浪)產生微小傾側時,浮力與重力所構成之偶力將產生傾側力矩(Heeling Moment),而非復原力矩(Righting Moment)。

小題 (五)

船體之定傾中心(metacenter, M)

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看到「定傾中心」,應直覺聯想船舶初穩度(Initial Stability)的核心幾何點。答題需點出其定義(微小傾側後新浮力作用線與原中心面之交點),並務必強調其與重心(G)的相對位置(GM值)對船舶復原力及航行安全的決定性影響。

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「定傾中心(Metacenter, 簡稱 M)」指船舶受外力作用產生微小傾側(通常在 7 到 10 度以內)時,新浮力中心(B1)向上的垂直作用線與原船舶舯心面(或原浮力作用線)之交點。 其特徵與實務意義包含: (1) 穩度基準:定傾中心至船舶重心(G)的垂直距離稱為定傾中心高度(Metacentric Height, GM),為衡量船舶初穩度的最重要指標。

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