醉染图书航空涡扇发动机多目标多学科设计优化方法9787111615811

序 前 言 章 航空发动机以及设计方法的发展1.1 涡喷、涡扇以及变循环发动机发展的简况1.2 多目标多学科设计优化方法的提出及其进展1.3 多目标多学科设计优化问题面临的机遇与挑战1.4 本书的主要内容篇 发动机设计中的综合集成方法及“软系统”评价第2章系统学的思想以及综合集成方法2.1 系统科学和系统学的创建及其基本发展框架2.2航空发动机的研制与系统工程之间的关联.钱学森综合集成方法及其优化策略2.4发动机的多级优化策略以及CSD方法第3章系统评价指标以及“软系统”评价的几种方法3.1 发动机系统工程中的“硬系统”和“软系统”3.2系统评价的主要指标3.3航空发动机能评的指标3.4 “软系统”评价的几种方法第二篇 三元流动理论的基础以及几种算法的典型算例第4章叶轮机械三元流动理论的基础4.1 场论与张量计算基础4.2 物理场在两类坐标系中的转换4.3 积分型与微分型三元流动理论的基本方程4.4 热力学特征函数以及函数行列式4.5坐标系中N-S方程组的强守恒与弱守恒型4.6相对坐标系中N-S方程组及广义Bernoulli方程4.7吴仲华的两类流面交叉迭代及三元流动理论4.8 对一组含转子焓与熵方程组的讨论4.9三维空间中两类流面的流函数主方程以及拟流函数第5章 叶轮机械中的两类流面迭代与三维直接解法5.1 叶轮机械气动计算与设计的发展进程5.2 S1流面的基本方程及跨声流函数方程的数值解5.3 S2流面的基本方程以及跨声速S2流面的数值解5.4 两类流面跨声速准三元的迭代解5.5 两类流面跨声速全三元的迭代解5.6 叶轮机械定常与定计算的直接解法5.7 可压缩湍流的RANS与DES分析法5.8 小波多分辨奇异分析方法及其典型算例5.9 流动转捩问题以及RANS和LCTM的耦合求解第三篇 发动机设计的现代优化理论及统筹优化方法第6章 确定优化的理论与算法6.1 典型确定多目标优化决策模型存在的问题6.2系统优化与子系统之间的关系6.3设计空间中常用的四类搜索策略6.4 高维多目标优化的PCA-NSGAⅡ降维算法第7章 不确定优化的理论与方法7.1 Chebyshev问题的单目标规划处理7.2随机多目标规划的期望值模型7.3模糊多目标线规划和非线规划的模型与解法7.4 三大类多目标数学规划模型的对比与分析第8章 统筹优化方法及统计试验设计方法8.1 华罗庚的统筹优化方法以及产生的重大影响8.2 单变量的一维搜索和多变量函数的寻优搜索方法8.3 正交设计、均匀设计以及序贯均匀设计8.4 基于试验设计与响应面模型的叶型寻优GPAM策略第四篇 涡扇发动机的现代设计方法以及多目标协同优化第9章 涡扇发动机设计状态参数选择的基本分析9.1 几代涡扇发动机的主要能参数9.2 AAF的任务剖面及AAF设计点的选择9.3 四种典型发动机的理想热力循环分析9.4 涡扇内外涵道间循环功的分配9.5 混合排气加力涡扇设计点的热力计算与分析9.6 分别排气涡扇设计点的热力分析0章 发动机非设计点能计算的几种方法10.1 基于部件能的发动机特通计算方法10.2 混合排气涡扇发动机特的近似计算方法10.3分别排气涡扇发动机特的近似计算方法1章 压气机/风扇的气动设计基础和设计优化11.1 缘的多种表达形式11.2 压气机中绝热效率与多变效率间的关系11.3 气动设计中增压比和效率的选择11.4 轴流压气机/风扇的初步气动设计11.5 压气机部件的设计优化2章 燃烧与传热的理论基础以及主燃烧室的气动设计12.1 气动力学突跃面的分类以及一维燃烧波的分析12.2 多组元气相粘反应流的基本方程组1. 单相与两相可压缩湍流燃烧的大涡模拟技术12.4 模拟燃烧问题的定高分辨率高精度算法12.5 燃烧室气动设计的几个基础问题3章 涡轮部件的气动设计以及内部流动的控制13.1 涡轮叶片的几种造型方法13.2 叶片的弯、掠、扭三维复合造型技术13.3 叶型负荷以及叶栅四种效率的计算13.4 高压涡轮的气动特点以及求解的基本方程13.5 涡轮气动损失模型和冷气掺混损失模型13.6 寂静效应与时序效应以及工程应用13.7 低维设计空间中涡轮造型与气动参数的筛选13.8 涡轮部件气动初步设计的全过程4章 加力燃烧室的气动设计与振荡燃烧的抑制14.1 描述加力燃烧室的主要参数14.2 火焰稳定器的稳定判据14.3 三种典型火焰稳定器14.4 振荡燃烧的机理分析与抑制措施14.5 主燃烧室和加力燃烧室污染物及其分析14.6 带加力燃烧室的涡喷发动机能计算14.7 涡轮—加力燃烧室—尾喷管之间的匹配14.8 湍流燃烧诊断的3种高精度方法5章 尾喷管中辐输运方程的计算和喷流噪声的高效算法15.1 均匀与非均匀折率介质中的辐输运方程15.2 辐输运方程的有限体积法及其与能量方程的耦合求解15.3 全光谱K分布辐输运方程的求解以及典型校核算例15.4 大梯度时混合气体的MSMG全光谱K分布方法15.5 降低飞行器和尾喷管光辐的几种主要途径15.6 K-ε模型和LRR-ω雷诺应力模型15.7 伴随Green函数法及其求解中的关键问题15.8 湍流喷流各向异噪声源的物理建模6章 航空发动机部件的优化以及整机的优化策略16.1 参数化设计空间以及Nash系统分解法16.2 改的areto遗传算法16.3 Nash-Paret策略6.4 Nash-Pareto-RSOW算法16.5 Nash-Pareto-RS算法16.6 连续型或离散型伴随方法的构建过程16.7 混合不确定条件下的优化策略和关键算法16.8 航空发动机整机优化的策略和主要框图参考文献

四位作者都是经验十分丰富的航空发动机和燃气轮机界的专家和学科带头人。本书作者王保国教授2007年荣获“北京市教学名师”荣誉称号，曾长期担任“流体力学”、“工程热物理”、“人机与环境工程”三个学科的首席教授和学科带头人。他是院（现更名大学）1978年首届，曾先后拜工程热物理学家吴仲华先生和陈乃兴先生、航天气动热力学专家卞荫贵先生为师，在航空发动机内流和航天器外流的气动热力学领域经历了长达40余年科研与教学工作的锤炼，积累了十分坚实的理论基础，再加上他在原航空工业部和直接参加过涡喷和涡扇两大类型航空发动机的改型设计与研制，在中国航空研究院担任气动热力学不错顾问并参加了新型航空发动机的研制工作。本书的另外三位作者黄伟光研究员、徐燕骥高工和谭春青研究员也主持和承担了多项863计划项目和973计划项目，分别担任首席科学家和项目负责人。他们率领的上海高等研究院燃气轮机基地、新喆机电公司燃气轮机基地以及中科合肥微小型燃气轮机研究院分别荣获了多项奖项、取得了丰硕的科研成果，三个基地都具有较完备的整机能试车和部件试验的设备平台，能够完成相关的车台和部件试验。

本书共分四篇16章系统地给出了从航空发动机主要部件（即压气机、燃烧室、涡轮、加力燃烧室、尾喷管）到发动机整机的设计优化过程，给出了进行确定多学科设计优化和不确定多学科设计优化时所需的代优化理论和统筹优化方法。特别强调了华罗庚先生的统筹优化方法和统计试验设计方法，强调了钱学森先生的系统科学，尤其是系统学的思想和综合集成方法。在进行航空发动机部件和整机的流场计算与气动设计中，强调了吴仲华先生的S1与S2流面理论，强调了两类流面间的交叉迭代，强调了从低维设计空间到高维设计空间中吴先生的三元流理论所发挥的重大作用。强调了Jameson提出的伴随方法在进行叶片的弯、掠、扭三维复合造型、机匣端壁面的精细设计以及考虑寂静效应、时序效应定设计时所起到的十分关键的作用。另外，考虑到广大读者，尤其是在校的博士生、硕士生和高年级生，他（她）们迫切希望了解航空发动机设计与研制的全貌、迫切渴望了解发动机的结构和能，全书给出了大量的计算曲线和结构、能图372幅、相关的重要结构与能参数表格58张：书中还给出了国际上重要的学术专著和文献951篇；更为重要的是，书中还给出了十分详细的压气机、燃烧室、涡轮部件的设计步骤，给出了航空发动机整机设计优化的策略。此外，书中5章还针对军用航空发动机尾喷管红外隐身的问题以及民用航空发动机尾喷管气动噪声的问题，给出了十分简捷、高效的理论计算与预测方法。这些方法反映了当今这一领域的学术前沿，它为航空发动机尾喷管的气动设计奠定了坚实的理论基础。毫无疑问，这些十分宝贵的计算曲线和重要的参数表格以及这些难得的航空发动机设计优化步骤对提升和丰富读者对航空发动机的理解与认识是十分必要的。在一部学术专著中，配有如此丰富的插图与重要表格，给出如此具体的航空发动机重要部件的设计步骤，应该讲目前在我国出版界还是极为罕见的。此外，本书还详细分析与给出了进行发动机主要部件设计和发动机整机优化时可能会遇到的一些难点，这对建议与指明今后的改进与研究方向十分有益。四位作者一致认为：航空发动机的设计优化应该具有两层含义，一层是进行航空发动机本身的设计优化，其中包括确定多学科设计优化和不确定多学科设计优化的问题。另外，对于军用发动机，还应该考虑其隐身能；对于民用发动机，还应重视低污染、低噪音的研究。此外，还要注意开展对压气机喘振或失速的主动控制、压气机或涡轮叶尖间隙的主动控制、燃烧不稳定的主动控制等。另一层是对已经投入使用和飞行中的发动机要注意挖掘其自身的潜力，要针对传统航空发动机在进行气动设计时，为保发动机在全飞行包线内恶劣的工作点时能够安全稳定地工作，由此确定了发动机的工作点和喘振裕度，这就设置了很大的安全裕度。正是这种设计理念，决定了在非恶劣工作点时发动机的能没有全部发挥。因此在保飞行安全的前提下，进行发动机的在线实时控制、大力发展智能控制技术，开展在线能寻优工作。四位作者一致强调指出：只有在完成了上述两层设计优化的基础上，这样的航空发动机的能才是的，它代表着未来航空发动机发展的主方向。四位作者万分感谢我国著名航空发动机专家、院士、委员会学科评议组成员、攀登计划“能源利用中气动热力学前沿问题”专家委员会委员、北京航空航天大学能源与动力工程学院教授、博士生导师陈懋章先生在百忙中为本书写序，这是对四位晚辈极大的鼓舞、提携和鞭策。陈先生在本书序中写道：“本书主要贡献之一是将不确定理论以及与此相关的概率论、可信理论等引入设计系统，这些理论适合发动机的特点，发动机设计需要这些理论。这些理论的引入拓宽了科技工作者的理论视野，为将设计系统提高到一个新的高度提供了理论基础。这是特别值得称道的重要贡献。”我们绝不辜负陈先生的希望，牢记博学笃志、格物明德的校训，努力坚持致大尽微、家国天下的心怀，继续加倍努力，更进一步踏踏实实地做好职研工作，为我国航空发动机的研制与发展尽心尽力、鞠躬尽瘁。另外，四位作者还万分感谢院士、空军装备研究院总甘晓华先生在百忙中为本书写序。甘院士十分详细的分析与指出了本书的三个创新亮点，高度赞扬了本书在拓宽航空发动机的设计内涵与发展航空发动机在线实时控制等方面所做出的重要贡献。四位作者十分感谢他们分别率领的团队，感谢曾经帮过他们的同事、同学以及长期支持他们工作的亲人们；感谢机械工业出版社、本书责任编辑沈红编审等，正是由于她（他）们一丝不苟的编辑与审核才使得这部读者们急需的航空发动机设计优化方面的专著能够早日与读者见面；她（他）们辛勤的劳动，我们永记心间。，四位作者还想说明：尽管几位作者长期工作在力学研究所和工程热物理研究所，就在吴仲华先生和陈乃兴先生的身边工作，都具有几十年从事发动机气动热力学方面的设计经验，尤其是本书作者王保国在吴仲华先生、卞荫贵先生和陈乃兴先生的长期指导下在航空发动机内流和航天器外流的气动热力学领域积累了

热能工程研究院所，航空航天部门及院校、研究院所重点北京、上海、沈阳、贵阳、成都、西安、株洲等发动机基地城市，以及东北、西南、西北航天航空研发基地等。 2019年出版项目 航空发动机的设计与制造是一项复杂的系统工程，本书针对航空涡扇发动机设计时遇到的确定和不确定问题，提出了一整套多目标多学科设计优化的新方法。 本书作者王保国教授，先后师从吴仲华院士、陈乃兴先生及卞荫贵先生；从事航空发动机内流和航天器外流的气动热力学科研与教学工作长达40余年；长期担任“流体力学”“工程热物理”“人机与环境工程”三个学科的首席教授和学科带头人。 三位作者黄伟光研究员、徐燕骥高工和谭春青研究员也主持和承担了多项863计划项目和973计划项目，且分别担任首席科学家和项目负责人。 北京航空航天大学陈懋章院士和空军装备研究院甘晓华院士分别为本书作序。