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第一章 设计过程 3

引言 3

设计是各种各样的 3

需求 4

我们的途径 5

道路已铺平 6

设计过程图 7

计量单位 7

标准大气条件 9

可压缩流函数 10

展望 10

招标书举例 11

任务术语 16

第二章 飞机／发动机系统的约束条件分析 17

概念 17

设计手段 18

2.2.1情况1：水平等速巡航 23

2.2.2情况2：等速爬升 24

2.2.3情况3：水平等速盘旋 24

2.2.4情况4：水平加速 25

2.2.5情况5：当TSL＞＞（D＋R）时的起飞滑跑（SG） 26

2.2.6情况6：起飞滑跑（sG） 26

2.2.7情况7：制动滑跑（SB） 29

2.2.8情况8：实用升限 31

约束条件分析的初步估算 32

2.3.1空气动力学 32

2.3.2推进器 33

2.3.3重量比 34

约束条件分析举例 37

2.4.1约束条件边界分析 38

2.4.2空战战斗机设计点的选择 42

2.4.3 AAF约束条件边界的全过程计算 46

2.4.3.1任务航段1-2：起飞 47

2.4.3.2任务航段6-7和8-9：超音速突防和脱离冲刺 48

2.4.3.3任务航段7-8：作战盘旋1 48

2.4.3.4任务航段7-8：作战盘旋2 49

2.4.3.5任务航段7-8：水平加速 49

2.4.3.6任务航段13-14：着陆 50

2.4.3.7最大马赫数 51

第三章 任务分析 53

概念 53

设计手段 55

3.2.1情况1：等速爬升 60

3.2.2情况2：水平加速 61

3.2.3情况3：爬升和加速 62

3.2.4情况4：起飞加速 62

3.2.5情况5：水平等速巡航 62

3.2.6情况6：水平等速盘旋 63

3.2.7情况7：最佳巡航马赫数和高度 63

3.2.8情况8：待机 65

3.2.9情况9：暖机 66

3.2.10情况10：起飞抬前轮 66

3.2.11情况11：等能量高度机动 67

3.2.12计算WTO 67

飞机重量和燃油消耗数据 69

3.3.1飞机空重比 69

3.3.2安装耗油率 69

示范性任务分析 70

3.4.1重量比分析 72

3.4.2 WTO，TSL和S的确定 77

3.4.3第一次重算 81

3.4.4 AAF的全重量比计算 82

3.4.4.1任务航段1-2：暖机和起飞 82

3.4.4.2任务航段2-3：加速和爬升 83

3.4.4.3任务航段3-4：亚音速巡航爬升 86

3.4.4.4任务航段4-5：下降 86

3.4.4.5任务航段5-6：作战空中巡逻 87

3.4.4.6任务航段6-7：超音速突防 87

3.4.4.7任务航段7-8：作战 89

3.4.4.8投放消耗品 91

3.4.4.9任务航段8-9：脱离冲刺 91

3.4.4.10任务航段9-10：最小时间爬升 91

3.4.4.11任务航段10-11：亚音速巡航爬升 92

3.4.4.12任务航段11-12：下降 93

3.4.4.13任务航段12-13：待机 93

3.4.4.14任务航段13-14：下降和着陆 93

3.4.4.15最少燃油爬升路线 94

第四章 发动机选择：设计点循环分析 97

概念 97

设计手段 99

4.2.1截面的编号 99

4.2.2总参数比 100

4.2.3质量流量 103

4.2.4部件效率 105

4.2.5假设 106

4.2.6发动机性能分析 107

4.2.7计算输入和输出 113

寻求有希望的解 115

4.3.1非安装耗油率 118

4.3.2非安装单位推力 120

4.3.3设计点与非设计点对比 121

4.3.4混合器的影响 121

4.3.5好消息 125

设计点循环分析举例 125

4.4.1选择合适的设计点参数的范围 125

4.4.2部件设计点性能参数 126

4.4.3结果分析 127

4.4.3.1 0.9M／43 000英尺下的BCM／BCA亚音速巡航爬升 127

4.4.3.2 1.5M／30 000英尺下的超音速突防和脱离冲刺 128

4.4.3.3 1.2M／30 000英尺下的超音速加速 128

4.4.4 综合结果——设计选择的范围 130

4.4.5敏感性分析 133

第五章 发动机选择：非设计点循环分析 136

概念 136

设计手段 137

5.2.1非设计点问题 137

5.2.2假设 139

5.2.3基准和质量流量参数（MFP） 140

5.2.4高压涡轮和冷却气的混合器——非设计点性能 141

5.2.5部件性能分析 143

5.2.6迭代求解方案 150

5.2.7计算的输入和输出 151

部件特性 158

5.3.1无因次的和换算的性能参数 158

5.3.2风扇和压气机特性图 159

5.3.3燃烧特性图 159

5.3.4涡轮特性图 162

5.3.5部件匹配 164

5.3.6非设计点程序的估算 167

示范性发动机的选择：非设计点循环分析 168

5.4.1关键飞行状态 170

5.4.2任务油耗 171

5.4.3开始 173

5.4.4基线发动机 174

5.4.5搜索 180

5.4.6 AAF发动机：工作包线和非设计点性能 183

5.4.7第二次重算 185

第六章 确定发动机尺寸：安装性能 187

概念 187

设计手段 191

6.2.1亚音速进气道阻力 191

6.2.2超音速进气道阻力 193

6.2.3尾喷管阻力 196

6.2.4确定进气道截面 201

6.2.5确定尾喷管尺寸 203

发动机尺寸确定的举例 204

6.3.1用于确定尺寸的关键任务 205

6.3.2发动机台数 206

6.3.3 A100发动机的需用与可用推力比 208

6.3.3.1进气道和尾喷管参数——A100发动机 208

6.3.3.2安装损失——A100发动机 211

6.3.4对A95和A94.5发动机的估算 215

AAF发动机性能 217

6.4.1 AAF发动机的安装性能 217

6.4.2最后的重算 219

6.4.3发动机非安装性能简介 223

第七章 发动机部件设计：总体参数及界面参数 229

概念 229

设计手段 231

7.2.1总温和总压 231

7.2.2换算质量流量 231

7.2.3静压、静温和速度 233

7.2.4一维流面积（环形面积） 233

7.2.5流路内作用到部件上的力 233

发动机系统的设计 234

发动机静止构件 235

轴和轴承 236

润滑系统 236

燃油系统 236

冷却及引气 237

起动 237

小结 237

举例发动机的总体和界面参数 237

7.4.1发动机设计气流参数 237

7.4.2预估的部件性能 239

7.4.3部件工作线 243

第八章 发动机部件设计：旋转叶轮机械 246

概念 246

设计手段 247

8.2.1风扇和压气机气动力学 248

重复级，重复叶片排，平均半径设计 248

扩散因子 249

轴向变化（多级） 257

径向变化（自由涡流动） 258

8.2.2涡轮气动力学 261

轴向排气，等轴向速度，平均半径级设计 261

涡轮设计的其他考虑 270

8.2.3发动机寿命 271

转子叶片离心应力 275

缘板厚度（WDR） 277

均匀应力的盘 279

盘的扭应力（τD） 281

盘的热应力 281

叶片展弦比 282

发动机部件设计举例：旋转叶轮机械 283

8.3.1风扇设计——AAF发动机 284

8.3.2高压涡轮设计——AAF发动机 291

8.3.3高压压气机设计——AAF发动机 298

8.3.4低压涡轮设计——AAF发动机 302

8.3.5结束语 305

第九章 发动机部件设计：燃烧系统 307

概念 307

9.1.1燃烧过程 308

9.1.2点火 311

9.1.3燃烧稳定性 312

9.1.4长度的确定 314

9.1.5燃烧系统总压比估计 316

9.1.6扩压器 318

9.1.7燃油 320

设计手段——主燃烧室 322

9.2.1类型 322

9.2.2主燃烧室部件 323

9.2.3空气的分配和冷却空气 325

9.2.4性能参数 328

燃烧效率 328

总的总压损失 329

出口温度分布 330

点火 331

9.2.5主燃烧室设计参数 333

设计手段——加力燃烧室 335

9.3.1引言 335

9.3.2加力燃烧室部件 337

扩压器 337

燃油喷射、雾化和蒸发 337

点火 338

火焰稳定 339

多火焰稳定器的排列 343

火焰传播 343

加力燃烧室衬筒 344

总压损失 344

9.3.3加力燃烧室设计参数 344

发动机部件设计举例：燃烧系统 347

9.4.1主燃烧室设计——AAF发动机 347

9.4.2加力然烧室设计——AAF发动机 364

9.4.3结束语 374

第十章 发动机部件设计：进气道和尾喷管 375

概念 375

进气道 376

10.2.1引言 376

10.2.2设计手段——亚音速进气道 376

进气道总压比（πd） 378

确定进气道尺寸——喉部直径（π？） 378

飞机姿态和侧风的影响 379

进气道气流畸变 381

进气道阻力和发动机熄火阻力 383

发动机舱和干扰阻力 385

扩压段 385

零飞行速度 388

10.2.3设计手段——超音速进气道 389

进气道类型 390

总压恢复系数（ηR） 399

外压气式进气道举例（第一部分） 401

质量流量特性 402

附面层控制 408

进气道设计和尺寸确定 409

外压式进气道举例（第二部分） 414

进气道-飞机机体相互干扰对进气道畸变的影响 419

亚音速扩压段 419

现有进气道设计举例 421

兴唇口进气道的气流分离 421

尾喷管 423

10.3.1喷管类型 424

10.3.2喷管功能 425

发动机反压控制 425

尾喷管面积比 427

反推力和矢量推力 428

10.3.3设计手段——尾喷管 430

总压损失 430

喷管的各种系数 432

预测的非设计性能 443

发动机部件设计举例：进气道和尾喷管 444

10.4.1进气道设计——AAF发动机 444

10.4.2尾喷管设计——AAF发动机 460

10.4.3结束语 468

附录A.单位和换算系数 473

气体常数与比热的名义值 474

附录B.标准大气特性 475

附录C.可压缩流函数 477

ν＝1.4 478

γ＝1.33 483

ν＝1.3 488

附录D.等截面混合器分析 493

结果举例 497

方程汇总——等截面混合器 497

附录E.混排式涡轮风扇发动机设计点循环分析方程 501

附录F.混排式涡轮风扇发动机非设计点循环分析方程 506

附录G.大涵道比涡扇发动机 513

设计点分析 515

大涵道比涡扇发动机设计点循环分析方程汇总 517

设计点结果举例 522

最佳涵道比（α＊） 523

设计点结果举例——最佳涵道比 525

非设计点分析 526

大涵道比涡扇发动机非设计点循环分析方程汇总 530

非设计点结果举例 534

附录H.涡桨发动机 538

设计点分析 540

涡桨发动机设计循环分析方程汇总 544

设计点结果举例 547

低压涡轮的最佳总温比（τL＊） 548

设计点结果举例——最佳τtL 551

非设计点分析 551

涡桨发动机非设计循环分析方程汇总 556

非设计点结果举例 560

附录I.螺旋桨设计手段 562

螺旋桨动量和激盘理论 562

螺旋桨桨叶基元或分层理论 567

径向变化 570

实际螺旋桨特性 571

结构设计 574

变速与恒速对比 575

涡桨发动机循环性能特性 576

附录J.冲压发动机 579

设计点分析 580

冲压发动机设计点循环分析方程汇总 580

设计点结果举例 582

非设计点分析 584

冲压发动机非设计点循环分析方程汇总 585

非设计点结果举例 588

附录K.材料特性实例 591

2124铝合金 592

6246钛合金 594

INCONEL 601 597

Hastelloy X 599

MAR-M509 601

Rene 80 603

Mimonic 105 606

参考文献 607