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第9部分 基本概念 3

第71章 基本概念：推进与动力 3

1 引言 3

2 历史 3

3 燃气涡轮发动机 5

3.1 燃气涡轮的历史 5

3.2 燃气涡轮的早期发展 6

3.3 性能 6

3.4 设计中的挑战 6

3.5 燃气涡轮制造商 7

4 未来的挑战 7

4.1 排放 8

4.2 燃料 8

4.3 噪声 9

5 新概念发动机 10

5.1 齿轮传动式涡扇（GTF）发动机 10

5.2 开放转子涡扇发动机 10

5.3 混合式发动机 10

6 结束语 11

参考文献 11

第72章 升力、推力和飞行 12

1 力和运动 12

2 产生升力和推力的方法 13

2.1 自然界生物是怎么做到的（鸟类、昆虫和鱼） 13

2.2 人类是如何做到的（安装在机身上带有螺旋桨或者喷管的发动机） 15

3 关于推力的一些基本方程 17

4 总结 18

参考文献 18

第73章 热力学原理 19

1 引言 19

2 基本定律 19

3 状态方程和状态参数关系 20

3.1 液体和固体 21

3.2 理想气体 22

4 实际过程中的功 22

5 循环 23

6 效率和？ 24

7 非平衡态热力学 25

8 未来趋势 26

参考文献 26

第74章 推进系统循环 27

1 引言 27

2 基本概念 27

3 奥托循环 28

4 狄塞尔循环 30

5 布雷顿循环 31

6 汉弗莱循环 34

7 总结 35

参考文献 35

第75章 化学平衡、动力学与燃烧 36

1 引言 36

2 化学动力学 38

2.1 简化化学反应机理 38

2.2 链式反应、支链反应与链终止反应 39

3 化学反应流 41

3.1 兰金雨贡纽曲线 42

3.2 预混火焰 42

3.3 爆轰波 43

3.4 火焰稳定性 44

参考文献 44

第76章 多相动力学和排放 45

1 液体雾化和喷雾燃烧 45

1.1 雾化 45

2 扩散 48

3 蒸发 49

4 燃烧 49

4.1 非挥发性燃料的燃烧 50

5 燃料和排放 51

5.1 燃料 51

5.2 排放 51

5.3 燃料和工作特性 52

6 总结 53

符号列表 53

参考文献 53

第10部分 吸气式发动机概述 57

第77章 容积式航空发动机简史 57

1 引言 57

2 容积式航空发动机的分类 57

2.1 直列发动机 59

2.2 旋转和静态星型发动机 59

2.3 V型发动机 60

2.4 对置气缸发动机 61

2.5 其他航空发动机 62

3 一些科学知识 63

4 总结 64

符号列表 65

参考文献 65

第78章 燃气涡轮发动机概述 66

1 引言 66

2 热力循环和效率的定义 67

3 涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机与桨扇发动机 68

4 加大推力——加力燃烧室 70

5 回热式燃气涡轮发动机 70

6 联合循环——地面燃气涡轮发动机 71

7 冲压喷气发动机 71

8 超燃冲压发动机 72

9 总结 72

参考文献 72

拓展阅读 72

第79章 燃气涡轮发动机：进气道 73

1 引言 73

2 几何术语 73

3 工作性能 75

3.1 总压恢复 75

3.2 进气阻力 76

4 相容性 77

4.1 进气道畸变 77

4.2 流量匹配 78

4.3 不起动和喘振 78

5 进气道／机体一体化 78

5.1 短舱 78

5.2 遮挡进气道 78

5.3 边界层隔道 79

6 研究动态和趋势 79

6.1 亚声速民用飞行 79

6.2 超声速民用飞行 79

6.3 军事飞行 79

6.4 高超声速飞行 80

7 总结 80

参考文献 80

第80章 燃气涡轮发动机：压气机 81

1 引言 81

2 压气机的分类 81

2.1 正位移式压气机 82

2.2 动能式压气机 83

3 压气机的气动热力学过程 86

3.1 流动过程 86

3.2 热力过程 87

4 压气机的效率 88

4.1 等熵效率 88

4.2 多变效率 88

4.3 系统效率 89

5 压气机系统性能 89

5.1 性能曲线 89

5.2 比转速 90

6 结束语 90

符号列表 91

参考文献 91

第81章 有涵道与无涵道风扇 92

第82章 燃气涡轮发动机：燃烧室 93

1 引言 93

2 通用形式与特性 93

2.1 双壳的概念 93

2.2 燃烧室的类型 94

2.3 传统燃烧室内部特性——参照图1加以说明 94

3 燃烧 95

3.1 化学反应 95

3.2 混气比对燃烧温度及反应率的影响 95

3.3 混合 96

4 燃烧室工作过程 96

4.1 火焰稳定 96

4.2 掺混过程 97

4.3 压力损失 97

4.4 混乱的内部流动 97

5 核心部件 97

5.1 燃料喷嘴 97

5.2 火焰筒 99

6 现代低排放燃烧室 100

6.1 RQL燃烧室 100

6.2 部分预混贫油燃烧混合燃烧室 101

7 总结 103

参考文献 103

第83章 燃气涡轮发动机：涡轮 104

1 引言 104

2 轴流涡轮的基本设计要点 104

2.1 速度三角形 104

2.2 冲动式涡轮和反力式涡轮 105

2.3 损失与效率 106

2.4 设计方法概述 106

3 轴向涡轮中的三维流动 107

3.1 二次流现象 107

3.2 叶尖泄漏流 108

3.3 转子静子相互干扰 109

4 涡轮叶片的冷却设计方法 110

4.1 冷却空气射流现象 110

4.2 气冷涡轮叶片的常规设计 110

4.3 耦合计算设计技术 110

5 总结 111

符号列表 111

参考文献 111

第84章 燃气涡轮发动机：涡轮冷却 113

1 引言 113

2 气冷涡轮的设计 114

3 气冷涡轮设计的基本组成 115

4 外部高温燃气带来的涡轮冷却需求 116

5 气膜冷却 116

6 涡轮叶片的内部冷却 118

7 燃烧室对涡轮冷却的影响 120

8 最终的设计 121

参考文献 121

第85章 内流空气系统和润滑系统 123

1 引言 123

2 二次空气系统和润滑系统概述 123

2.1 空气流路 124

2.2 润滑流路 125

3 内流空气系统和润滑系统的具体技术 125

3.1 内流空气系统 125

3.2 润滑系统 130

4 总结 131

参考文献 131

第86章 燃气涡轮发动机：封严技术 132

1 引言 132

2 概述 132

3 静态封严 134

3.1 金属封严 134

3.2 金属布式密封 136

3.3 编织带式和热障涂层式封严 136

4 动态封严 136

4.1 叶尖封严 136

4.2 易磨材料 136

4.3 篦齿封严 138

4.4 刷式封严 139

4.5 端面密封 140

4.6 油封 140

4.7 隔离密封 141

5 先进封严设计 141

5.1 接触式指尖封严 142

5.2 非接触式指尖封严 142

5.3 柔顺片和薄片式封严 142

5.4 混合刷式封严 142

5.5 吸气式封严 142

5.6 微型凹坑封严 143

5.7 轴承封严 143

5.8 箔片气体封严 143

5.9 防砂设计 143

5.10 主动间隙控制 143

6 寿命及极限 143

7 总结 143

参考文献 144

拓展阅读 144

第87章 燃气涡轮发动机：喷管 145

1 引言 145

1.1 喷管作用 145

1.2 收敛和收敛扩张喷管 145

2 喷管性能 146

2.1 喷管流量 146

2.2 推力系数 146

2.3 收敛喷管性能 147

2.4 收敛—扩张（C－D）喷管性能 147

2.5 其他损失机理 148

2.6 外部阻力 148

3 喷管分类 148

3.1 亚声速喷管 148

3.2 超声速喷管 149

3.3 高超声速喷管 150

4 其他功能 150

4.1 反推力装置 151

4.2 推力矢量技术 151

4.3 噪声与消声 151

4.4 红外隐身 151

5 喷管的设计、分析和测试 152

5.1 设计 152

5.2 分析 152

5.3 测试 152

6 总结 153

符号列表 153

参考文献 153

第88章 商用燃气涡轮发动机噪声 154

1 引言 154

2 推进系统噪声源 155

3 噪声法规 156

4 减噪技术 157

5 降噪技术将向什么方向发展？ 159

6 结论 159

相关章节 159

参考文献 159

第89章 商用燃气涡轮发动机排放 161

1 引言 161

1.1 EPA空气质量标准（AQS） 161

1.2 汽车与工业燃气轮机的减排 162

2 推进发动机排放 163

2.1 排放标准 163

2.2 低排放燃烧技术方案，LEC／RQL 163

2.3 LEC NOx排放 166

2.4 LEC碳氢排放 167

2.5 LEC的CO排放 168

2.6 LEC中NOx／HC／CO的减排均衡 168

2.7 LEC的黑烟排放 169

3 总结 170

符号列表 170

参考文献 170

第90章 超燃冲压发动机：简单循环和组合循环 172

1 引言 172

2 超燃冲压发动机循环 172

2.1 理想循环 174

2.2 性能分析 175

2.3 组合循环 175

2.4 与组合循环相关的几个技术问题 177

3 总结 178

符号列表 179

相关章节 179

参考文献 179

第91章 超声速掺混与燃烧 180

1 引言 180

2 燃料空气掺混 180

2.1 平行、不受限、可压缩流 180

2.2 有夹角的或横向交叉流的掺混 181

2.3 掺混加强 182

3 化学动力学——反应机理 183

3.1 氢 空气燃烧的简化机理 183

3.2 碳氢燃料反应机理 183

4 总结 184

符号列表 184

参考文献 185

第92章 新概念吸气式推进技术 186

1 引言 186

2 亚声速推进 186

3 超声速推进 187

4 高超声速推进 188

5 关键技术 188

6 外骨架发动机（ESE） 189

7 磁流体控制的涡喷发动机（磁流体能量分流） 190

8 ATREX发动机：最近进展 191

9 组合循环发动机 192

10 总结 194

参考文献 194

第93章 冲压加速器 196

1 引言 196

2 工作原理 198

3 实验设备与结果 200

4 带挡板的管式冲压加速器 202

5 计算建模 203

6 结论 203

符号列表 204

相关章节 204

参考文献 204

第11部分 火箭推进 209

第94章 火箭推进：基本概念及简介 209

1 引言 209

2 分类 209

3 基本方程 210

3.1 推力方程 210

3.2 火箭推进性能参数 211

4 热力学关系 211

5 喷管类型 211

6 多级火箭 212

7 其他问题 213

7.1 火箭的稳定性 213

7.2 发动机冷却 213

8 结论 213

符号列表 213

参考文献 214

第95章 固体火箭发动机历史概述与基本原理 215

1 引言 215

2 技术概述 215

2.1 推进剂／药柱 216

2.2 壳体 216

2.3 喷管 216

2.4 点火器 216

3 固体火箭发动机基本原理 217

4 现代固体火箭简史 217

5 总结 221

注释 221

延伸阅读 221

第96章 固体推进剂 222

1 引言 222

2 固体推进剂性能和组分 222

2.1 燃料和氧化剂 223

2.2 黏合剂 223

2.3 燃速催化剂 223

2.4 增塑剂 224

2.5 固化剂 224

2.6 其他添加剂 224

3 固体推进剂的分类 224

3.1 均质固体推进剂 224

3.2 异质推进剂 225

4 固体推进剂的燃烧 226

4.1 燃烧波的结构 226

4.2 燃烧特性 227

4.3 固体推进剂的点火 229

5 总结 229

符号列表 229

参考文献 230

第97章 固体推进：内弹道建模和设计 231

1 引言 231

1.1 固体推进剂 232

1.2 燃烧室压强 233

1.3 推进剂形态 233

1.4 燃烧 234

1.5 凝聚性 235

1.6 铝燃烧和两相流 236

2 总结 236

参考文献 236

第98章 固体推进剂：点火瞬态过程和燃烧不稳定性 239

1 点火瞬态过程 239

1.1 概述 239

1.2 初始化系统 239

1.3 点火类型 239

1.4 点火过程要求 240

1.5 点火瞬态模型 240

1.6 特殊要求 241

1.7 在动力系统中的点火瞬态过程的影响 241

1.8 发展现状 242

2 燃烧不稳定性 242

2.1 概况 242

2.2 对动力系统的影响 243

2.3 不稳定燃烧现象的特点 243

2.4 激励和阻尼机制 245

2.5 系统稳定性预估 245

3 总结 246

参考文献 246

第99章 固体火箭发动机故障 248

1 概述／背景 248

1.1 引言 248

1.2 历史回顾 248

2 故障分析方法 249

2.1 故障分析中的数据处理 249

2.2 工具：故障树／鱼骨图 250

3 “挑战者”号固体火箭助推器连接接头故障及故障原因 251

3.1 失效分析／观察 251

3.2 失效验证／缩比模型和全尺寸模型测试 251

3.3 经验教训 252

4 总结 253

参考文献 253

第100章 液体发动机推进：历史回顾、基本原理和分类 254

1 引言 254

2 液体火箭发动机的历史概述 254

2.1 早期的开创性成果 255

2.2 德国（第二次世界大战时期） 255

2.3 美国 256

2.4 俄罗斯和苏联 257

2.5 其他国家 258

3 火箭发动机的基本原理 258

3.1 推力 258

3.2 比冲 258

3.3 液体推进剂 258

3.4 混合比例 259

3.5 液体火箭发动机的主要组成 259

4 液体火箭发动机的应用 261

5 结论 263

符号列表 263

相关章节 263

参考文献 263

第101章 液体推进剂与燃烧：基本原理和分类 264

1 液体推进剂 264

1.1 相关属性 265

1.2 双组元推进剂 267

1.3 单组元推进剂 270

2 燃烧 271

2.1 点火过程 271

2.2 喷注／雾化区 271

2.3 快速和流管式燃烧区 273

2.4 燃烧不稳定性及其评估 273

3 总结 275

参考文献 275

延伸阅读 275

第102章 液体发动机推进：推力室设计 276

1 引言 276

2 推力室 277

2.1 喷注器 277

2.2 燃烧室 278

3 喷管 280

3.1 扩张面积比 280

3.2 喷管形状 280

3.3 推力系数 281

4 辅助燃烧设备（例如气体发生器和预燃室） 281

4.1 气体发生器 281

4.2 预燃室 282

5 结论 282

符号列表 283

相关章节 283

参考文献 283

第103章 液体发动机推进：推进剂供给系统设计 284

1 引言 284

2 压力供给系统 285

3 泵供给系统 285

3.1 涡轮泵装置 286

3.2 泵单元 287

3.3 涡轮单元 288

3.4 机械部件（轴承和密封） 289

3.5 转子动力学 291

3.6 推力平衡系统 291

4 总结 292

致谢 292

符号列表 292

参考文献 293

第104章 液体发动机推进：系统工程、设计与测试 294

1 引言 294

2 系统工程流程在发动机开发中的应用 294

3 系统需求开发和概念设计研究 295

4 发动机测试 296

4.1 原型测试 296

4.2 开发测试 297

4.3 鉴定测试 297

4.4 验收测试 297

4.5 系统综合测试 297

4.6 发动机样本和测试数目 297

5 故障分析 298

6 总结 299

符号列表 299

参考文献 299

第105章 液体发动机推进：发动机生产与运行 301

1 引言 301

2 制造 301

3 验收测试 302

3.1 测试前程序 302

3.2 点火测试 302

3.3 后测试程序 303

4 与飞行器集成 304

5 飞行 304

5.1 飞行预估 304

5.2 飞行前程序 305

5.3 飞行 305

5.4 飞行后程序 305

6 典型发动机 305

6.1 F 1发动机 305

6.2 SSME 306

6.3 RL10 308

7 总结 310

符号列表 310

致谢 310

相关章节 310

参考文献 310

第106章 固液混合推进 311

1 引言 311

2 特征 312

3 潜在应用 313

4 固液混合发动机用推进剂及其性能 313

5 固体燃料燃速和燃烧特性 316

6 值得注意的项目 319

6.1 靶机 319

6.2 探空火箭 319

6.3 大型固液混合火箭发动机 320

6.4 太空船一号 321

6.5 学术项目和国际参与 322

7 非典型的固液混合火箭发动机 322

8 结论 323

注释 324

参考文献 324

第107章 组合循环发动机 325

1 引言 325

2 火箭基组合循环发动机 325

3 液态空气循环发动机 328

4 涡轮冲压发动机 329

5 涡轮火箭发动机 330

6 其他组合循环发动机和推进系统 330

6.1 双模态超燃冲压发动机 330

6.2 组合发动机系统 331

7 结论 331

符号列表 331

参考文献 331

第108章 空间电源的发展趋势 333

1 空间电源：从过去到现在 333

2 面向未来 334

3 电动系绳 335

4 空间核裂变反应电源 336

5 核反应动力飞行历史 338

6 未来前景和技术挑战 340

7 核聚变电源 342

8 反物质电源 343

9 结论 344

参考文献 344

第109章 电源管理及分配 346

1 引言 346

2 PMAD体系结构 346

3 PMAD组件 348

3.1 源功率控制 348

3.2 储能控制 348

3.3 配电 350

3.4 控制与遥测界面 351

4 设计要求 351

4.1 电能质量 351

4.2 电源功率等级与负载功率等级 352

4.3 容错性 352

4.4 稳定性 352

5 设计验证 352

6 结论 352

参考文献 353

延伸阅读 353

第12部分 替代推进 357

第110章 核热推进 357

1 引言 357

2 核热火箭基本组成及运行原理 358

3 历史回顾 359

4 核热火箭的备选燃料 361

5 核热火箭发展前景 364

6 人类火星计划中采用核热火箭的优势 365

7 概括与总结 368

参考文献 369

第111章 电阻加热推进器与电弧加热推进器 370

1 引言 370

1.1 分类 370

1.2 发展历史 370

2 概述 371

2.1 电阻加热式推力器 372

2.2 电弧加热式推力器 372

2.3 推进剂供给系统 372

2.4 电源系统 373

3 理论性能 373

3.1 比冲 373

3.2 效率 375

4 设计和性能验证 376

4.1 电阻加热式推力器 376

4.2 电弧加热式推力器 378

5 结论 379

致谢 379

相关章节 380

参考文献 380

第112章 磁等离子体动力推力器 382

1 引言 382

2 洛伦兹力的性质 383

3 理想自生场MPD推力器 385

4 真实自生场MPD推力器 387

5 Onset难题 389

5.1 Onset现象学 390

5.2 Onset的相关理论 391

6 外加场MPD推力器 392

7 锂推进剂MPD推力器 393

8 MPD推力器的主要研发历史 393

9 展望 398

参考文献 398

第113章 离子推力器 402

1 引言 402

2 简史 403

3 离子推力器组成 404

3.1 等离子体发生器 404

3.2 栅极 405

3.3 电子中和器 407

4 推力器性能 407

5 推力器寿命 408

6 系统部件 409

7 现状和前景 410

8 总结 411

符号列表 411

参考文献 411

第114章 脉冲等离子体推力器 413

1 引言 413

2 脉冲推力器的基本概念 413

3 早期发展历史 413

4 脉冲推力器的分类 413

5 脉冲等离子体推力器类型 414

6 脉冲等离子体推力器性能 414

6.1 Tef1on脉冲等离子体推力器（PPT） 414

6.2 微PPT（μPPT） 415

6.3 气体PPT（GPPT） 415

6.4 真空电弧推力器（VAT） 415

6.5 脉冲感应式推力器（PIT） 416

6.6 镓电磁推力器（GEM） 416

6.7 爆燃枪（DG）和马歇尔枪 416

6.8 脉冲电热推力器（PET） 417

6.9 脉冲电弧加热推力器 417

6.10 微腔放电推力器（MCD） 417

7 选择脉冲推力器的主要因素 417

7.1 △V任务 417

7.2 推力效率 418

7.3 推进系统简易性 418

7.4 推进剂泄漏 418

7.5 推进剂体积 418

7.6 推进剂几何形状 418

7.7 推进剂冷凝 418

7.8 推力噪声 418

7.9 推力器辐射 418

7.10 最小脉冲冲量 418

8 PPT在卫星姿态控制上的应用 418

9 脉冲推力的产生原理 419

10 脉冲推力器的推进剂 419

11 脉冲等离子体推力器的性能 419

12 推进剂的加速原理 419

13 推力器的损失机理 420

14 推力效率和阻抗 420

15 能量储存和开关 421

16 脉冲成形 421

17 推进剂供给系统问题 422

18 推力台测量系统 422

19 概要／总结／展望 422

参考文献 422

第115章 电喷射推进 424

1 引言 424

2 电喷射的物理原理 425

3 离子液滴混合体中的离子发射 426

4 纯离子体 427

5 电喷射推力器阵列 427

6 胶质推力器 430

6.1 早期的电喷射推力器 430

6.2 近期达到飞行标准的电喷射推力器 430

7 电喷射推力器技术展望 432

参考文献 433

第116章 微推进 434

1 引言 434

2 标准微推力器的任务与需求 435

3 微推进系统设计的考量 436

3.1 通用热学设计考量 436

3.2 MEMS制造技术 437

3.3 系统比冲 437

4 微尺度化学燃烧 438

5 微喷管中流动 438

6 微尺度等离子体形成 439

7 微推进系统：现状 440

7.1 微化学推力器发展 440

7.2 微脉冲等离子体推力器（μPPT） 440

7.3 真空电弧推力器（VAT） 440

7.4 场发射电推进（FEEP） 440

7.5 胶体推力器的发展 441

7.6 小尺寸霍尔推力器的研究进展 442

8 总结 442

致谢 442

参考文献 442

第117章 激光推进 444

1 引言 444

2 激光爆轰推力器 444

2.1 激光维持爆轰 445

2.2 抛物式喷管和塞式喷管推力器 445

2.3 微波爆轰管推力器 446

2.4 激光能量沉积减阻 446

3 烧蚀激光推力器 446

3.1 激光烧蚀 446

3.2 固体及液体烧蚀推力器 447

3.3 烧蚀热推力器 447

3.4 激光烧蚀清除太空垃圾 447

4 连续波激光供能推力器 447

4.1 激光维持等离子体推力器 447

4.2 热交换推力器 448

4.3 无线功率传输 448

5 机载激光供能推力器 449

5.1 激光微推力器 449

5.2 相对论加速推力器 449

6 总结 449

参考文献 450

第118章 磁化等离子帆 452

1 引言 452

2 概念需求 453

3 空间航行 456

4 定向等离子帆 457

5 总结 461

参考文献 461

第119章 射频和微波推力器 462

1 引言 462

2 射频推力器 462

2.1 射频等离子体的产生与加热 462

2.2 射频推力器实验室研究进展 463

3 微波推力器 463

3.1 微波等离子体的产生和加热 463

3.2 微波推力器实验室研究成果 464

4 总结 466

参考文献 467

第120章 聚变推进 468

1 聚变推进的物理原理 468

2 脉冲聚变推进 470

3 磁约束聚变推进 472

4 期望与挑战 475

符号列表 476

参考文献 476

附录1 《航空航天科技出版工程》英文版编写委员会 479

附录2 《航空航天科技出版工程2推进与动力》英文版参编人员 482

索引 485