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第一章 设计过程3

引言3

设计是各种各样的3

需求4

我们的途径5

道路已铺平6

设计过程图7

计量单位7

标准大气条件9

可压缩流函数10

展望10

招标书举例11

任务术语16

第二章 飞机／发动机系统的约束条件分析17

概念17

设计手段18

2.2.1情况1：水平等速巡航23

2.2.2情况2：等速爬升24

2.2.3情况3：水平等速盘旋24

2.2.4情况4：水平加速25

2.2.5情况5：当TSL＞＞（D＋R）时的起飞滑跑（SG）26

2.2.6情况6：起飞滑跑（sG）26

2.2.7情况7：制动滑跑（SB）29

2.2.8情况8：实用升限31

约束条件分析的初步估算32

2.3.1空气动力学32

2.3.2推进器33

2.3.3重量比34

约束条件分析举例37

2.4.1约束条件边界分析38

2.4.2空战战斗机设计点的选择42

2.4.3 AAF约束条件边界的全过程计算46

2.4.3.1任务航段1-2：起飞47

2.4.3.2任务航段6-7和8-9：超音速突防和脱离冲刺48

2.4.3.3任务航段7-8：作战盘旋148

2.4.3.4任务航段7-8：作战盘旋249

2.4.3.5任务航段7-8：水平加速49

2.4.3.6任务航段13-14：着陆50

2.4.3.7最大马赫数51

第三章 任务分析53

概念53

设计手段55

3.2.1情况1：等速爬升60

3.2.2情况2：水平加速61

3.2.3情况3：爬升和加速62

3.2.4情况4：起飞加速62

3.2.5情况5：水平等速巡航62

3.2.6情况6：水平等速盘旋63

3.2.7情况7：最佳巡航马赫数和高度63

3.2.8情况8：待机65

3.2.9情况9：暖机66

3.2.10情况10：起飞抬前轮66

3.2.11情况11：等能量高度机动67

3.2.12计算WTO67

飞机重量和燃油消耗数据69

3.3.1飞机空重比69

3.3.2安装耗油率69

示范性任务分析70

3.4.1重量比分析72

3.4.2 WTO，TSL和S的确定77

3.4.3第一次重算81

3.4.4 AAF的全重量比计算82

3.4.4.1任务航段1-2：暖机和起飞82

3.4.4.2任务航段2-3：加速和爬升83

3.4.4.3任务航段3-4：亚音速巡航爬升86

3.4.4.4任务航段4-5：下降86

3.4.4.5任务航段5-6：作战空中巡逻87

3.4.4.6任务航段6-7：超音速突防87

3.4.4.7任务航段7-8：作战89

3.4.4.8投放消耗品91

3.4.4.9任务航段8-9：脱离冲刺91

3.4.4.10任务航段9-10：最小时间爬升91

3.4.4.11任务航段10-11：亚音速巡航爬升92

3.4.4.12任务航段11-12：下降93

3.4.4.13任务航段12-13：待机93

3.4.4.14任务航段13-14：下降和着陆93

3.4.4.15最少燃油爬升路线94

第四章 发动机选择：设计点循环分析97

概念97

设计手段99

4.2.1截面的编号99

4.2.2总参数比100

4.2.3质量流量103

4.2.4部件效率105

4.2.5假设106

4.2.6发动机性能分析107

4.2.7计算输入和输出113

寻求有希望的解115

4.3.1非安装耗油率118

4.3.2非安装单位推力120

4.3.3设计点与非设计点对比121

4.3.4混合器的影响121

4.3.5好消息125

设计点循环分析举例125

4.4.1选择合适的设计点参数的范围125

4.4.2部件设计点性能参数126

4.4.3结果分析127

4.4.3.1 0.9M／43 000英尺下的BCM／BCA亚音速巡航爬升127

4.4.3.2 1.5M／30 000英尺下的超音速突防和脱离冲刺128

4.4.3.3 1.2M／30 000英尺下的超音速加速128

4.4.4 综合结果——设计选择的范围130

4.4.5敏感性分析133

第五章 发动机选择：非设计点循环分析136

概念136

设计手段137

5.2.1非设计点问题137

5.2.2假设139

5.2.3基准和质量流量参数（MFP）140

5.2.4高压涡轮和冷却气的混合器——非设计点性能141

5.2.5部件性能分析143

5.2.6迭代求解方案150

5.2.7计算的输入和输出151

部件特性158

5.3.1无因次的和换算的性能参数158

5.3.2风扇和压气机特性图159

5.3.3燃烧特性图159

5.3.4涡轮特性图162

5.3.5部件匹配164

5.3.6非设计点程序的估算167

示范性发动机的选择：非设计点循环分析168

5.4.1关键飞行状态170

5.4.2任务油耗171

5.4.3开始173

5.4.4基线发动机174

5.4.5搜索180

5.4.6 AAF发动机：工作包线和非设计点性能183

5.4.7第二次重算185

第六章 确定发动机尺寸：安装性能187

概念187

设计手段191

6.2.1亚音速进气道阻力191

6.2.2超音速进气道阻力193

6.2.3尾喷管阻力196

6.2.4确定进气道截面201

6.2.5确定尾喷管尺寸203

发动机尺寸确定的举例204

6.3.1用于确定尺寸的关键任务205

6.3.2发动机台数206

6.3.3 A100发动机的需用与可用推力比208

6.3.3.1进气道和尾喷管参数——A100发动机208

6.3.3.2安装损失——A100发动机211

6.3.4对A95和A94.5发动机的估算215

AAF发动机性能217

6.4.1 AAF发动机的安装性能217

6.4.2最后的重算219

6.4.3发动机非安装性能简介223

第七章 发动机部件设计：总体参数及界面参数229

概念229

设计手段231

7.2.1总温和总压231

7.2.2换算质量流量231

7.2.3静压、静温和速度233

7.2.4一维流面积（环形面积）233

7.2.5流路内作用到部件上的力233

发动机系统的设计234

发动机静止构件235

轴和轴承236

润滑系统236

燃油系统236

冷却及引气237

起动237

小结237

举例发动机的总体和界面参数237

7.4.1发动机设计气流参数237

7.4.2预估的部件性能239

7.4.3部件工作线243

第八章 发动机部件设计：旋转叶轮机械246

概念246

设计手段247

8.2.1风扇和压气机气动力学248

重复级，重复叶片排，平均半径设计248

扩散因子249

轴向变化（多级）257

径向变化（自由涡流动）258

8.2.2涡轮气动力学261

轴向排气，等轴向速度，平均半径级设计261

涡轮设计的其他考虑270

8.2.3发动机寿命271

转子叶片离心应力275

缘板厚度（WDR）277

均匀应力的盘279

盘的扭应力（τD）281

盘的热应力281

叶片展弦比282

发动机部件设计举例：旋转叶轮机械283

8.3.1风扇设计——AAF发动机284

8.3.2高压涡轮设计——AAF发动机291

8.3.3高压压气机设计——AAF发动机298

8.3.4低压涡轮设计——AAF发动机302

8.3.5结束语305

第九章 发动机部件设计：燃烧系统307

概念307

9.1.1燃烧过程308

9.1.2点火311

9.1.3燃烧稳定性312

9.1.4长度的确定314

9.1.5燃烧系统总压比估计316

9.1.6扩压器318

9.1.7燃油320

设计手段——主燃烧室322

9.2.1类型322

9.2.2主燃烧室部件323

9.2.3空气的分配和冷却空气325

9.2.4性能参数328

燃烧效率328

总的总压损失329

出口温度分布330

点火331

9.2.5主燃烧室设计参数333

设计手段——加力燃烧室335

9.3.1引言335

9.3.2加力燃烧室部件337

扩压器337

燃油喷射、雾化和蒸发337

点火338

火焰稳定339

多火焰稳定器的排列343

火焰传播343

加力燃烧室衬筒344

总压损失344

9.3.3加力燃烧室设计参数344

发动机部件设计举例：燃烧系统347

9.4.1主燃烧室设计——AAF发动机347

9.4.2加力然烧室设计——AAF发动机364

9.4.3结束语374

第十章 发动机部件设计：进气道和尾喷管375

概念375

进气道376

10.2.1引言376

10.2.2设计手段——亚音速进气道376

进气道总压比（πd）378

确定进气道尺寸——喉部直径（π？）378

飞机姿态和侧风的影响379

进气道气流畸变381

进气道阻力和发动机熄火阻力383

发动机舱和干扰阻力385

扩压段385

零飞行速度388

10.2.3设计手段——超音速进气道389

进气道类型390

总压恢复系数（ηR）399

外压气式进气道举例（第一部分）401

质量流量特性402

附面层控制408

进气道设计和尺寸确定409

外压式进气道举例（第二部分）414

进气道-飞机机体相互干扰对进气道畸变的影响419

亚音速扩压段419

现有进气道设计举例421

兴唇口进气道的气流分离421

尾喷管423

10.3.1喷管类型424

10.3.2喷管功能425

发动机反压控制425

尾喷管面积比427

反推力和矢量推力428

10.3.3设计手段——尾喷管430

总压损失430

喷管的各种系数432

预测的非设计性能443

发动机部件设计举例：进气道和尾喷管444

10.4.1进气道设计——AAF发动机444

10.4.2尾喷管设计——AAF发动机460

10.4.3结束语468

附录A.单位和换算系数473

气体常数与比热的名义值474

附录B.标准大气特性475

附录C.可压缩流函数477

ν＝1.4478

γ＝1.33483

ν＝1.3488

附录D.等截面混合器分析493

结果举例497

方程汇总——等截面混合器497

附录E.混排式涡轮风扇发动机设计点循环分析方程501

附录F.混排式涡轮风扇发动机非设计点循环分析方程506

附录G.大涵道比涡扇发动机513

设计点分析515

大涵道比涡扇发动机设计点循环分析方程汇总517

设计点结果举例522

最佳涵道比（α＊）523

设计点结果举例——最佳涵道比525

非设计点分析526

大涵道比涡扇发动机非设计点循环分析方程汇总530

非设计点结果举例534

附录H.涡桨发动机538

设计点分析540

涡桨发动机设计循环分析方程汇总544

设计点结果举例547

低压涡轮的最佳总温比（τL＊）548

设计点结果举例——最佳τtL551

非设计点分析551

涡桨发动机非设计循环分析方程汇总556

非设计点结果举例560

附录I.螺旋桨设计手段562

螺旋桨动量和激盘理论562

螺旋桨桨叶基元或分层理论567

径向变化570

实际螺旋桨特性571

结构设计574

变速与恒速对比575

涡桨发动机循环性能特性576

附录J.冲压发动机579

设计点分析580

冲压发动机设计点循环分析方程汇总580

设计点结果举例582

非设计点分析584

冲压发动机非设计点循环分析方程汇总585

非设计点结果举例588

附录K.材料特性实例591

2124铝合金592

6246钛合金594

INCONEL 601597

Hastelloy X599

MAR-M509601

Rene 80603

Mimonic 105606

参考文献607