中航工业首席专家技术丛书 开式转子发动机PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 开式转子发动机的节能潜力已经试验验证 1

1.2 原油价格上涨对民用航空发动机的影响 2

1.3 全球气候变暖对民用航空发动机的影响 3

1.4 开式转子发动机发展的新机遇 3

1.5 开式转子发动机面临的重大挑战 5

1.5.1 噪声 6

1.5.2 叶片包容性适航取证要求 7

1.5.3 与飞机机体的一体化 7

1.5.4 可达性和维修性 8

第2章 开式转子与涡桨、涡扇发动机的热力学分析比较 9

2.1 工作原理比较 9

2.2 热力循环及热效率的比较 10

2.3 推进效率比较 13

2.3.1 提高推进效率的措施 13

2.3.2 低速飞行时涡桨发动机的推进效率高 14

2.3.3 涡扇发动机提高推进效率的限制因素 14

2.3.4 开式转子发动机能达到较高的推进效率 15

2.3.5 理想推进效率及安装推进效率的比较 16

2.4 开式转子与涡扇发动机的性能对比分析 17

2.4.1 假设2020年开始投入航线的对比分析 18

2.4.2 假设2030年开始投入航线的对比分析 19

2.5 飞行速度比较 20

第3章 开式转子发动机的分类 24

3.1 按桨扇排数分类 24

3.1.1 单排旋转开式转子发动机 24

3.1.2 双排对转开式转子发动机 24

3.1.3 带整流叶片的单排旋转开式转子发动机 25

3.2 按桨扇位置分类 26

3.2.1 牵拉式开式转子发动机 27

3.2.2 推进式开式转子发动机 27

3.3 按桨扇驱动方式分类 29

3.3.1 齿轮传动类开式转子发动机 29

3.3.2 直接驱动类开式转子发动机 30

3.4 按有无涵道分类 30

第4章 开式转子发动机的热力学性能设计 32

4.1 开式转子发动机主要构件简介 32

4.1.1 燃气发生器（核心机） 32

4.1.2 推进器（或称桨扇） 32

4.1.3 桨扇涡轮及传动装置 33

4.2 基本性能参数 35

4.2.1 桨扇涡轮的轴功率PT,Pf 35

4.2.2 桨扇功率Ppf 35

4.2.3 桨扇的推进功率Ppf,p 36

4.2.4 桨扇的推力Fpf 36

4.2.5 喷气推力FNZ 36

4.2.6 总的推力F和总的推进功率Pp 36

4.2.7 当量功率Peq 36

4.2.8 单位当量功率PS,eq 37

4.2.9 单位桨扇功率PS,eq 37

4.2.10 单位推力FS,pf 37

4.2.11 有效功率Pe 37

4.2.12 有效耗油率（sfc）e 37

4.2.13 当量耗油率（sfc）eq 37

4.2.14 开式转子发动机的热效率ηt 38

4.2.15 推进效率ηP 38

4.2.16 总效率ηO 38

4.3 自由能的最佳分配 38

4.4 工作过程参数选择 40

4.5 直接驱动和齿轮驱动开式转子发动机的参数对比 43

4.5.1 对转涡轮参数的估算 45

4.5.2 桨扇参数的评估 46

4.5.3 单位燃油消耗率的比较 47

4.6 控制规律的选取 48

4.6.1 开式转子发动机控制的特点 48

4.6.2 发动机的控制规律 49

4.6.3 限制性控制规律 50

4.6.4 桨叶角度的控制规律 50

4.6.5 反推力控制规律 52

4.7 开式转子发动机的性能计算 53

4.7.1 设计点选取 53

4.7.2 气体热力学性质求解模型 54

4.7.3 部件特性 54

4.7.4 发动机设计点的热力学性能计算 67

4.7.5 非设计点稳态性能计算 74

4.7.6 非设计点瞬态性能计算 77

4.8 发动机工作特性 79

4.8.1 节流特性 79

4.8.2 高度—速度特性 82

4.8.3 气候特性 86

4.8.4 反推力工作特性 87

第5章 开式转子发动机的总体结构设计 90

5.1 总体结构布局 90

5.1.1 转子数目和压缩系统类型 90

5.1.2 牵拉式或推进式 91

5.1.3 齿轮驱动或无齿轮驱动 97

5.1.4 对转或单转 97

5.1.5 翼吊或尾吊 98

5.2 总体结构设计 98

5.2.1 牵拉式齿轮驱动开式转子发动机 99

5.2.2 推进式齿轮驱动开式转子发动机 103

5.2.3 推进式直接驱动开式转子发动机 107

5.3 燃气发生器 115

5.4 总体结构设计的几个具体技术问题 117

5.4.1 转子轴向力 117

5.4.2 径向间隙设计 119

5.4.3 重量 122

第6章 关键部件技术之一——对转桨扇 126

6.1 对转桨扇的气动设计 126

6.1.1 风扇前流路及外形的选择 126

6.1.2 气动设计过程 128

6.1.3 利用缩尺模型试验进行全尺寸设计验证 129

6.1.4 性能特性图 129

6.1.5 SR-3设计对比 130

6.1.6 三维数值模拟分析最新进展 132

6.2 桨叶的结构与制造 145

6.2.1 桨叶结构设计 145

6.2.2 变桨距装置 153

6.2.3 防冰系统 158

6.2.4 桨叶的制造 159

6.3 桨叶的强度分析 163

6.3.1 有限元模型 163

6.3.2 稳态分析 164

6.3.3 振动分析 169

6.3.4 鸟撞 175

6.4 气动弹性稳定性分析 176

6.4.1 桨叶颤振的基本特征 176

6.4.2 桨叶颤振分析和预测方法 177

6.4.3 桨叶气动弹性设计程序 180

6.3.4 飞行包线内稳定性评估 183

6.5 桨扇声学设计 185

6.5.1 气动声学主流理论方法发展历程 185

6.5.2 传统涡扇发动机声学设计方法 188

6.5.3 桨扇声学设计的最新进展 194

6.5.4 小结 206

第7章 关键部件技术之二——对转双输出轴减速齿轮箱 208

7.1 设计要求 208

7.1.1 原则性的设计目标 208

7.1.2 具体设计要求 209

7.2 结构研究 214

7.3 部件技术选择 216

7.3.1 齿轮类型选择 216

7.3.2 轴承类型选择 219

7.3.3 齿轮和行星轴承材料选择 221

7.4 艾利逊公司齿轮箱详细设计 222

7.4.1 齿轮装置 222

7.4.2 行星架 229

7.4.3 轴系和花键 231

7.4.4 轴承 235

7.4.5 齿轮箱壳体 246

7.4.6 润滑系统 248

7.4.7 密封 254

7.4.8 材料 255

7.4.9 重量 259

7.4.10 先进的设计技术 260

7.5 普惠公司齿轮箱详细设计 261

7.5.1 齿轮装置 261

7.5.2 轴承 273

7.5.3 轴和壳体设计 282

7.5.4 润滑和回油 295

7.5.5 重量和材料总结 306

7.5.6 先进技术 308

7.6 对两种齿轮箱的选择和评估 309

第8章 关键部件技术之三——对转多级动力涡轮 311

8.1 对转多级涡轮的原理和气动设计 311

8.1.1 对转涡轮概念 312

8.1.2 对转多级涡轮概念 313

8.1.3 气动流路特点 314

8.1.4 设计点性能的评估 315

8.1.5 过渡／掺混段设计 316

8.1.6 对转涡轮的气动设计方法 317

8.1.7 转子叶型气动设计 321

8.1.8 动力涡轮结构修改对气动性能的影响 322

8.2 对转多级动力涡轮结构设计 322

8.2.1 对转多级动力涡轮静子结构设计 323

8.2.2 对转多级动力涡轮转子结构设计 328

8.3 对转多级动力涡轮空气系统和传热分析 342

8.3.1 动力涡轮空气系统 342

8.3.2 混合承力机匣的传热分析 343

8.3.3 二次流系统 344

8.3.4 动力涡轮的传热分析 344

8.3.5 中央内腔通风系统 345

第9章 关键部件技术之四——主要系统 347

9.1 开式转子发动机的控制系统 347

9.1.1 齿轮驱动开式转子发动机的控制系统 347

9.1.2 直接驱动式开式转子发动机的控制系统 358

9.2 开式转子发动机的润滑系统 371

9.3 开式转子发动机的功率提取传动系统 372

第10章 开式转子发动机与飞机的安装一体化设计 376

10.1 安装方式 376

10.1.1 翼下吊装 376

10.1.2 尾部安装 377

10.2 发动机短舱的结构设计 377

10.2.1 发动机安装节 378

10.2.2 短舱支柱、安装横梁、振动阻尼器 378

10.2.3 整流罩 382

10.2.4 中心锥体组件 386

10.2.5 短舱结构设计准则 387

10.2.6 桨叶飞出时短舱结构实测应力 392

10.2.7 声疲劳 395

10.3 发动机短舱气动设计 396

10.3.1 进气道的气动设计 396

10.3.2 排气装置的气动设计 397

10.3.3 飞机安装的影响 399

10.4 气动、结构安装一体化设计分析 399

第11章 开式转子发动机试验技术 404

11.1 零部件试验 404

11.1.1 桨叶的零件台架试验 404

11.1.2 动力涡轮叶片动力学相关试验 408

11.1.3 动力涡轮叶片频率和应力分布试验 409

11.1.4 动力涡轮转子频率测试 411

11.1.5 封严环的试验 412

11.1.6 混合框架流动测试 413

11.1.7 全尺寸桨扇旋转试验 414

11.2 桨扇气动和声学试验 414

11.3 系统试验 425

11.3.1 控制系统试验 425

11.3.2 齿轮箱系统试验 435

11.4 整机地面试验 436

11.4.1 重要的硬件变化和修改 438

11.4.2 GE36 UDF发动机试验历程综述 439

11.4.3 发动机台架安装和测试设备 441

11.4.4 推力计算和耗油率误差分析 442

11.4.5 性能试验数据分析 443

11.4.6 发动机的可操作性试验 456

11.4.7 发动机控制试验 461

11.4.8 发动机地面试验结果与结论 466

11.5 飞行试验 468

11.5.1 试验飞行平台 468

11.5.2 飞行测试设备和数据采集 470

11.5.3 飞行测试结果 473

11.5.4 飞行试验结论 480

参考文献 482