正版 航空发动机空气系统设计 郭文,陶智,毛军逵,康涌 等 科

涡轮机械与推进系统出版项目·序

“两机”专项：航空发动机技术出版工程·序

前言一

前言二

符号表

第1章航空发动机空气系统概述001

1.1航空发动机空气系统功能及组成003

1.1.1空气系统定义及设计范围003

1.1.2空气系统主要功能005

1.2航空发动机空气系统的重要性013

参考文献014

第2章空气系统设计方法015

2.1需求分析015

2.1.1需求识别与利益攸关者016

2.1.2需求整理017

2.1.3需求跟踪018

2.1.4需求验证019

2.1.5需求确认021

2.2设计思路022

2.2.1引气来源和排气位置022

2.2.2主要结构和技术指标023

2.2.3评价维度024

2.3设计流程026

2.3.1方案设计阶段026

2.3.2详细设计阶段028

2.3.3工程设计阶段030

2.4设计边界031

2.5设计准则031

2.5.1子系统流路弱关联设计032

2.5.2流路压差设计032

2.5.3燃气封严设计032

2.5.4滑油封严设计033

2.5.5轴向力调节设计033

2.5.6引气量控制033

2.5.7零部件温度控制034

2.5.8宽广的适应性034

2.5.9封严间隙设计034

2.5.10腔室均压设计034

2.6分析方法034

2.6.1空气系统一维网络法034

2.6.2空气系统二维与三维分析039

2.6.3热分析方法042

2.6.4防冰分析方法047

2.6.5多维多学科耦合仿真049

参考文献054

第3章流量与压力控制元件056

3.1孔元件056

3.1.1孔元件类型和功能056

3.1.2孔元件流动损失056

3.1.3孔元件设计061

3.2管元件061

3.2.1管元件类型和功能061

3.2.2管元件的流动损失061

3.2.3管元件设计066

3.3篦齿066

3.3.1篦齿结构和功能066

3.3.2篦齿元件设计069

3.4活门069

3.4.1压差式转换活门070

3.4.2电磁式转换活门070

参考文献071

第4章封严元件072

4.1静子封严073

4.2涡轮轮缘封严075

4.2.1旋转诱导的燃气入侵076

4.2.2外流诱导的燃气入侵082

4.3轴承腔的封严083

4.4其他新型转、静封严结构084

参考文献086

第5章供气系统089

5.1预旋供气系统088

5.1.1预旋供气系统的典型结构和功能介绍089

5.1.2预旋供气系统的基本工作机制091

5.1.3预旋供气系统的分析与设计097

5.2减涡供气系统103

5.2.1典型减涡供气系统结构和功能介绍104

5.2.2减涡供气系统内部流动机制106

5.2.3减涡供气系统的性能分析与空气系统匹配设计原则127

5.3外部管路供气系统138

5.3.1热端部件冷却外部供气138

5.3.2涡轮主动间隙控制系统供气139

5.3.3防冰供气140

5.3.4飞机供气140

参考文献141

第6章冷却元部件144

6.1叶片143

6.1.1典型外部冷却143

6.1.2典型内部冷却155

6.2旋转件163

6.2.1简单旋转盘163

6.2.2转静系旋转盘176

6.2.3旋转系盘腔188

6.2.4自然对流占主导地位的旋转盘腔的199

6.2.5旋转盘腔的空气系统元件建模213

6.3静子件216

6.3.1涡轮导向叶片冷却供气流路216

6.3.2涡轮机匣冷却供气流路217

6.4热交换器220

6.4.1热交换器类型221

6.4.2热交换器热力设计228

6.4.3航空发动机用热交换器具体应用形式236

6.4.4典型航空发动机用热交换器热力特性243

6.4.5热交换器性能评价253

参考文献256

第7章空气系统详细设计267

7.1空气系统架构设计262

7.1.1功能及物理架构262

7.1.2功能要素263

7.1.3失效分析264

7.1.4空气系统设计过程264

7.2流路详细设计265

7.2.1引排气设计265

7.2.2气冷叶片供气流路设计266

7.2.3冷却设计268

7.2.4涡轮级间封严设计270

7.2.5轴承腔封严和隔热设计272

7.2.6转子轴向力调节275

7.2.7叶尖间隙控制278

7.2.8流动参数设计282

7.2.9飞机引气284

7.2.10表面放热285

7.2.11流路集成286

7.3分析与校核287

7.3.1空气系统流体动力学分析287

7.3.2温度场分析290

7.3.3叶尖间隙分析295

7.3.4计算模型校核305

第8章防冰系统详细设计311

8.1结冰环境分析306

8.1.1大气结冰条件306

8.1.2环境设计点308

8.2水摄取率310

8.3水撞击特性311

8.4防冰部件外换热分析314

8.4.1经验公式法314

8.4.2积分微分法315

8.5结冰特性317

8.5.1结冰类型317

8.5.2影响结冰的主要因素317

8.5.3结冰表面传热传质分析318

8.5.4结冰计算320

8.6一维流动换热特性分析320

8.7防冰部件温度分析321

8.8飞行循环分析323

8.8.1初步的飞行循环分析323

8.8.2临界区域详细热平衡分析325

8.8.3需求热与可供热比较326

8.9设计关键环节327

8.9.1引气位置327

8.9.2流路布局327

8.9.3控制方案328

8.9.4供气温降329

8.9.5传热结构329

8.9.6符合性判定准则330

参考文献330

第9章空气系统验证337

9.1元件试验332

9.1.1孔管元件332

9.1.2篦齿338

9.1.3预旋喷嘴342

9.2部件试验344

9.2.1预旋供气系统344

9.2.2减涡供气系统350

9.2.3旋转盘腔流动换热352

9.2.4叶片流量与冷效366

9.2.5机匣传热变形372

9.2.6换热器375

9.2.7防冰系统378

9.3核心机及整机试验382

9.3.1试车台简介382

9.3.2空气系统流体动力学特性385

9.3.3压力平衡试验验证387

参考文献390

第10章航空发动机空气系统技术发展与挑战396

10.1综合热管理391

10.1.1飞行器/动力系统的综合能量管理391

10.1.2空气系统392

10.1.3燃油系统393

10.1.4滑油系统394

10.2智能空气系统395

10.2.1系统部件集成设计平台395

10.2.2数值仿真迭代设计自动化397

10.2.3人工智能在空气系统设计中的应用399

10.3主动间隙控制技术399

10.3.1闭环涡轮叶尖间隙控制399

10.3.2叶尖间隙优选测量技术400

10.3.3采用记忆金属的叶尖间隙控制400

10.4优选防/除冰技术400

10.4.1记忆合金除冰400

10.4.2热管防冰401

10.4.3等离子激励防冰402

10.5优选封严结构403

10.5.1柔性被动自适应封严技术404

10.5.2柔性金属箔片封严结构407

10.5.3吸气式封严409

10.5.4气动悬浮式封严410

10.6新概念动力空气系统411

参考文献414

本书针对目前高性能航空发动机空气系统设计技术需求，重点介绍了空气系统设计的顶层需求、设计流程、设计原理与方法、设计结果评价准则、设计结果验证等内容，具体阐述了空气系统设计范围、主要设计功能、总体设计方法、典型功能元件工作原理与特性、具体流路的详细设计与分析、设计结果验证依据及具体方法，并介绍了空气系统设计技术发展趋势与面临的挑战。本书的内容为开展空气系统设计及相关设计技术研究提供了较为完整的思路和方法，具有重要的学术研究意义和工程应用价值。本书可供从事航空发动机空气系统与传热以及相关技术领域的科研工程设计等人员使用，也可用作高等院校航空发动机专业研究生及本科生的教学参考书。