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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／RQL163

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 SSME306

6.3 RL10308

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