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 Teflon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