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第1章 简介1

1.1吸气式喷气发动机的历史，20世纪的一项发明——开端1

1.2航空燃气涡轮发动机中的创新5

1.2.1多轴结构5

1.2.2可调静叶5

1.2.3跨声速压气机5

1.2.4低排量燃烧室6

1.2.5涡轮冷却7

1.2.6排气喷管8

1.2.7现代材料和制造技术9

1.3新型发动机的概念10

1.3.1波转子增压循环10

1.3.2脉冲爆震发动机（PDE）12

1.3.3毫米级燃气涡轮发动机：MEMS的成功12

1.3.4组合循环推进：从起飞到太空的发动机13

1.4新型飞行器14

1.5总结15

1.6本书概貌（Roadmap）15

参考文献17

习题17

第2章 回顾：具有摩擦和热的可压缩流动19

2.1概述19

2.2热力学简要回顾19

2.3等熵过程与等熵流动24

2.4系统守恒定律与控制体积25

2.5声速与马赫数31

2.6滞止状态34

2.7准一维流动37

2.8面积-马赫数关系39

2.9声速喉道40

2.10超声速流动中的波43

2.11正激波44

2.12斜激波48

2.13圆锥激波53

2.14膨胀波55

2.15带热传递的无摩擦、定截面积流动59

2.16量热完全气体在等截面管道中有摩擦的绝热流动69

2.17摩擦（阻力）系数Cf与D’Arcy摩擦系数82

2.18无量纲参数82

2.19冲量85

2.20冲量总结93

参考文献94

习题94

第3章 发动机推进和性能参数102

3.1介绍102

3.1.1起飞推力107

3.2安装推力——关于推力和拉力的一些笔记108

3.3基于冲量总和的发动机推力112

3.4火箭推进115

3.5吸气式发动机性能参数116

3.5.1比推116

3.5.2耗油率和比冲117

3.5.3热效率118

3.5.4推进效率121

3.5.5发动机的总效率和它对飞机航程和续航性能的影响123

3.6总结125

参考文献126

习题126

第4章 燃气涡轮循环134

4.1引言134

4.2燃气发生器134

4.3航空燃气轮机发动机135

4.3.1涡喷发动机135

4.3.2带加力燃烧的涡喷发动机175

4.3.3涡扇发动机186

4.4带加力燃烧室的混合排气式涡扇发动机199

4.4.1混合器200

4.4.2循环分析202

4.5涡桨发动机215

4.5.1引言215

4.5.2循环分析216

4.6总结226

参考文献227

习题227

第5章 航空发动机进气道和喷管242

5.1引言242

5.2飞行马赫数及其对进气道几何形状的影响243

5.3扩压器243

5.4理想扩压器244

5.5实际扩压器及其失速特性245

5.6亚声速扩压器性能248

5.7亚声速巡航进气道252

5.8过渡管道261

5.9亚声速进气道中期总结261

5.10超声速进气道263

5.10.1等熵收敛-扩张进气道263

5.10.2起动超声速收敛-扩张进气的方法265

5.11正激波进气道271

5.12外部压缩进气道273

5.12.1最优斜面角276

5.12.2设计及非设计操作277

5.13可变几何外形——外部压缩进气道279

5.14混合压缩进气道279

5.15超声速进气道类型及其性能总结281

5.16超声速进气恢复的标准282

5.17排气喷管283

5.18总推力284

5.19喷管绝热效率284

5.20喷管总压比285

5.21喷管压力比（NPR）和临界喷管压力比（NPRcrit ）285

5.22喷管性能参数，ηn和πn之间的关系286

5.23收敛喷管或收敛-扩张喷管287

5.24边界层形态对喷管内部性能的影响289

5.25喷管出口速度系数289

5.26流动方向对总推力的影响291

5.27喷管总推力系数294

5.28过膨胀喷管流动——激波损失295

5.29喷管面积的设定，A8和A9/A8298

5.30喷管出口面积的设定，A9/A8300

5.31喷管冷却302

5.32推力反向和推力矢量技术304

5.33高超声速喷管309

5.34混合排气涡扇发动机的排气混合器和总推力增益312

5.35喷管-涡轮（结构）一体化313

5.36排气系统总结314

参考文献315

习题318

第6章 燃烧室和加力燃烧室329

6.1介绍329

6.2气体混合定律330

6.3化学反应和火焰温度334

6.4化学平衡和化学组分343

6.4.1质量作用定律344

6.4.2平衡常数Kp347

6.5化学动力学357

6.5.1点火和再点火包线358

6.5.2反应时间358

6.5.3可燃极限359

6.5.4火焰传播速度361

6.5.5火焰稳定性363

6.5.6爆燃感应期366

6.5.7燃烧的污染排放368

6.6燃烧室368

6.6.1燃烧室总压损失370

6.6.2燃烧室流动和温度分布377

6.6.3燃烧室衬筒及其冷却379

6.6.4燃烧效率381

6.6.5一些燃烧室的校准和模化法则383

6.6.6加力燃烧室386

6.7燃烧产生的污染物390

6.7.1温室气体，CO2和H2O391

6.7.2一氧化碳（CO）和未燃烧碳氢化合物（UHC）391

6.7.3氮氧化合物NO和NO2392

6.7.4烟393

6.7.5发动机排放标准394

6.7.6低排放燃烧室394

6.7.7 NO对臭氧层的影响397

6.8航空燃料399

6.9燃烧不稳定性：啸叫声404

6.10总结405

参考文献405

习题408

第7章 轴流压气机空气动力学412

7.1引言412

7.2几何413

7.3动叶参照系和静叶参照系413

7.4欧拉涡轮方程415

7.5轴流与径流叶轮机械416

7.6轴流压气机和轴流风扇418

7.6.1流动角度的定义419

7.6.2级参数421

7.6.3叶栅空气动力学433

7.6.4压气机叶片的气动力446

7.6.5三维流动453

7.7压气机性能曲线471

7.8压气机不稳定性——失速和喘振474

7.9多级压气机及其运行线478

7.10多级压气机的失速压升和失速裕度483

7.11多级压气机的起动问题491

7.12进口流动条件对压气机性能的影响493

7.13轴流压气机的硬件等视图和剖面图496

7.14压气机设计参数和准则498

7.14.1叶片设计——叶片的选取501

7.14.2压气机环面设计503

7.14.3压气机失速裕度503

7.15总结514

参考文献517

习题519

第8章 离心压气机空气动力学529

8.1引言529

8.2离心压气机530

8.3径向扩压器544

8.4导风轮548

8.5进口导向叶片（IGVs）和无导风轮转子551

8.6叶轮出口流和壅塞效应552

8.7效率和性能553

8.8总结555

参考文献556

习题557

第9章 燃气涡轮的气动热力学561

9.1简介561

9.2轴流式涡轮561

9.2.1最佳喷管出口旋转马赫数Mθ2573

9.2.2涡轮叶片损失577

9.2.3最佳稠度588

9.2.4 涡轮冷却592

9.3涡轮性能曲线604

9.4冷却对涡轮效率的影响605

9.5涡轮叶片型面设计606

9.5.1角度607

9.5.2叶片的其他几何参数608

9.5.3喉道尺寸608

9.5.4喉道雷诺数Re0609

9.5.5涡轮翼型设计609

9.5.6叶片振动和坎贝尔图610

9.5.7涡轮叶片和轮盘材料选择和设计标准611

9.6涡轮叶片和轮盘的应力及使用寿命估算613

9.7轴流式涡轮设计与实践616

9.8燃气涡轮设计总结628

9.9总结629

参考文献630

习题632

第10章 航空发动机部件匹配和非设计状态分析639

10.1引言639

10.2发动机（稳定工作状态）部件匹配639

10.2.1发动机换算参数640

10.2.2进气道-压气机匹配641

10.2.3压气机-燃烧室匹配642

10.2.4压气机-涡轮的匹配644

10.2.5压气机-涡轮匹配和燃气发生器抽运特性645

10.2.6涡轮-加力燃烧室-（可变几何）喷管的匹配654

10.3发动机非设计状态分析656

10.3.1涡轮喷气发动机的非设计状态分析657

10.3.2带加力燃烧室的涡轮喷气发动机的非设计状态分析660

10.3.3分别排气涡轮风扇（双转子）发动机的非设计状态分析664

10.4未壅塞喷管和其他非设计状态的迭代方法670

10.4.1未壅塞的尾喷管670

10.4.2没有出现壅塞的涡轮导向器671

10.4.3非设计状态的涡轮效率672

10.4.4可变的气体特性672

10.5总结673

参考文献674

习题675

第11章 化学火箭和高超声速推进683

11.1简介683

11.2起飞至地球轨道684

11.3化学火箭685

11.4化学火箭应用687

11.4.1运载火箭发动机687

11.4.2加力发动机688

11.4.3空间机动发动机688

11.4.4姿态控制火箭688

11.5描述火箭推进的新参数688

11.6推力系数CF691

11.7特征排气速度c693

11.8飞行性能695

11.9多级火箭703

11.10推进及总效率705

11.11化学火箭燃烧室707

11.11.1液体推进剂燃烧室707

11.11.2固体推进燃烧室712

11.12推力室冷却718

11.12.1液体推进剂推力室718

11.12.2固体推进剂推力室723

11.13燃烧体积和形状724

11.14火箭喷管725

11.14.1喷管中的多相流728

11.14.2喷管中的流动膨胀735

11.14.3推力矢量喷管735

11.15高速吸气式发动机736

11.15.1进气道分析742

11.15.2超燃发动机燃烧室743

11.15.3超燃发动机喷管744

11.16箭基吸气式推进装置745

11.17总结746

参考文献746

习题747

附录751