具体描述
航空发动机设计手册（部分系列） 本手册系列旨在系统、深入地探讨航空发动机设计领域的基础理论、关键技术和工程实践。本系列书籍并非单一的《航空发动机设计手册13》，而是涵盖了从基础原理到前沿应用的多个核心主题。 卷一：空气动力学基础与压气机设计 本卷聚焦于航空发动机中的核心部件——压气机。详细阐述了跨声速流动的基本原理、激波理论及其在叶栅设计中的应用。内容涵盖了轴流压气机和离心压气机的气动设计方法，包括叶片型线优化、三维流动分析以及喘振和叶片激励振动的预测与抑制。重点讨论了高效率、宽工作范围压气机的设计挑战与解决方案，并结合现代CFD（计算流体力学）工具的应用，提供了详尽的工程计算实例。 卷二：燃烧室设计与热力学分析 本卷深入探讨了航空燃气涡轮发动机燃烧室的设计理论与实践。内容包括燃料雾化、混合与燃烧过程的化学动力学模型，以及不同类型（环形、筒形、环燃式）燃烧室的结构设计与热环境控制。详细分析了燃烧室的污染物排放控制技术，如低氮氧化物（LNOx）燃烧策略，以及如何通过优化设计实现宽包线范围内的稳定燃烧和均匀出流温度。热力学分析部分侧重于能量损失评估和热端部件的材料热负荷计算。 卷三：涡轮叶片热结构设计与冷却技术 本卷是发动机热端部件设计的核心参考。系统介绍了高温涡轮叶片的热力学环境、应力分析方法及疲劳寿命评估。重点阐述了先进的叶片冷却技术，包括内部气膜冷却、撞击冷却、凹槽冷却和复合冷却技术的原理、效率计算及优化设计。此外，还涵盖了抗蠕变、抗氧化和抗热腐蚀的先进陶瓷基复合材料（CMCs）和镍基单晶高温合金在涡轮叶片制造中的应用与挑战。 卷四：尾喷口与推力矢量控制系统 本卷专注于发动机的最后环节——尾喷口的设计及其对整体性能的影响。详细分析了亚声速、跨声速和超声速流动条件下喷口的设计参数选择，包括面积比优化和喉道控制策略。针对变循环发动机和先进战斗机需求，深入探讨了二维和三维推力矢量控制（TVC）系统的机械结构、作动原理及控制律设计。内容还涉及降噪技术在喷口设计中的应用，如锯齿形喷口对射流噪声的抑制效果。 卷五：航空发动机的传动与附件系统 本卷将视角转向发动机的辅助系统，即传动系统和附件系统。详细阐述了齿轮箱的设计原理，包括高承载、高可靠性齿轮副的几何设计、润滑与冷却技术。对附件的集成化设计进行了深入探讨，涵盖了燃油泵、液压泵、发电机及伺服机构的选型、布局优化和动态特性分析。重点分析了附件驱动系统的功率提取效率和振动控制策略，以确保整个动力传输链的可靠性与轻量化目标。 卷六：先进材料与增材制造技术在发动机中的应用 本卷聚焦于航空发动机材料科学的前沿进展及其工程化应用。系统介绍了第二代、第三代高温合金的冶金特性、热处理工艺和性能表征。对轻质高强度的钛合金和铝锂合金在风扇和压气机中的应用进行了详尽论述。特别强调了增材制造（3D打印）技术，包括选区激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）工艺在制造复杂冷却通道涡轮部件和轻量化结构件中的优势、局限性及质量控制标准。 卷七：发动机性能仿真与全寿命周期管理 本卷涵盖了从概念设计到役后评估的性能仿真方法学。介绍了瞬态热力学网络模型（GTM）的建立与求解，用于发动机起飞、爬升和巡航等工况点的快速迭代设计。深入探讨了发动机的健康监测（SHM）系统架构、故障诊断算法，以及如何利用大数据分析优化发动机的维护大修（MRO）策略，实现预测性维护，从而最大化发动机的运行效率和安全裕度。 卷八：航空燃气涡轮发动机的控制系统 本卷全面解析了发动机全权限数字电子控制系统（FADEC）的架构与核心算法。内容包括传感器信号处理、控制器的硬件冗余设计、以及燃油流量、放气活门和进口导向叶片（IGV）等执行器的控制律设计。详细阐述了启动、加速/减速过程中的稳定性和裕度裕度管理，以及对先进变循环发动机和混合翼身结构发动机控制挑战的应对策略。 卷九：风扇与低涵道比发动机设计 本卷专门针对现代大涵道比涡扇发动机的风扇系统设计。涵盖了宽弦空心叶片（Wide Chord Hollow Blades）的气动弹性分析、颤振预测与抑制。深入讨论了先进风扇的叶片弯掠（Swept）设计对喘振裕度和噪声特性的影响。此外，本卷还探讨了对可变几何风扇进口和导流罩（Nacelle）的设计要求，以及吸声材料在降噪设计中的集成应用。 卷十：高超声速飞行器动力系统基础 本卷面向未来高超声速飞行器的动力需求，探讨了冲压发动机（Ramjet）和组合循环发动机（如涡轮组合式冲压发动机TBCC）的设计基础。详细分析了在马赫数3至6范围内的进气道设计、稳定燃烧问题以及喷管的适应性扩张设计。重点阐述了吸气式组合发动机在跨越式工作区间的平稳切换技术。 卷十一：发动机疲劳、断裂与安全评估 本卷侧重于航空发动机的可靠性工程。详细介绍了关键转动部件（如转子轴、盘和叶片）的疲劳萌生与扩展机理，特别是应力腐蚀和高周疲劳（HCF）的分析。内容包括基于概率的断裂力学（Probability Fracture Mechanics）方法，以及如何通过无损检测（NDT）技术来评估在役发动机的剩余寿命和安全裕度。 卷十二：发动机结构动力学与振动分析 本卷系统研究了航空发动机内部复杂旋转机械的动力学问题。详细介绍了转子动力学基础，包括临界转速、不对称性分析和轴承动力学建模。重点讨论了叶片-盘系统、叶片-叶片系统以及转子与机匣之间的气动/气动弹性耦合振动问题，并提供了抑制振动和提高转子稳定性的工程措施。 卷十四：新型热能循环与分布式推进概念 本卷探讨了超越传统布雷顿循环的先进热能循环概念，如布雷顿循环的改进型（如增加中间冷却和二次加热）。同时，深入分析了分布式推进（Distributed Propulsion）和集成电力推进（IEP）的概念设计。内容包括电风扇的功率密度需求、超导电机在航空发动机中的应用前景，以及对新型循环系统热机效率的评估方法。
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