燃气涡轮发动机性能建模
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作者黄维娜 等
出版社国防工业
ISBN9787118130195
出版时间2024-05
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开本其他
定价369元
货号1203307557
上书时间2024-10-09
商品详情
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作者简介
JoachimKurzke，世界著名的航空发动机总体性能专家，负责了RB199、MTR390、PW300、PW500、PW2000、PW4090、EJ200等型号项目。黄维娜，女，1968年出生，贵州贵阳人，研究员。先后担任多个国家重点型号发动机及重大科研项目总设计师和主要技术负责人。主持完成多型发动机型号研制、重大基础研究和预先研究、新型航空发动机设计研发、改进改型、型号批生产等任务。
目录
A部分 仿真任务第1章新型发动机设计 1.1.命名术语1.2.轴功率的生成1.2.1.理想的热力学循环1.2.2.轴功率产生效率1.2.3.联合循环1.3.飞机推进1.3.1.涡喷发动机1.3.2.更多的效率定义1.3.3.涡扇发动机1.4.基本设计决策1.4.1.涡扇发动机：混排或分排？1.4.2.非加力涡扇发动机或加力涡扇发动机？1.4.3.收敛喷管 或 收缩-扩张喷管？1.4.4.单级 或 多级高压涡轮？1.5.概念性涡扇发动机设计1.5.1.尺寸选择1.5.2.直接驱动 或 齿轮驱动1.5.3.涵道比4-6的传统涡扇发动机1.5.4.齿轮驱动风扇1.5.5.比较1.5.6.基本差异1.6.飞行任务分析1.6.1.通用需求1.6.2.单点设计1.6.3.多点设计1.6.4.高速推进1.7.参考文献第2章发动机系列2.1.发动机原型2.2.派生发动机2.2.1.风扇和增压级2.2.2.核心机压气机2.2.3.燃烧室2.2.4.高压涡轮2.2.5.低压涡轮2.3.改型优化2.3.1.设计变量2.3.2.设计约束2.3.3.最优化目标2.3.4.设计变量范围2.3.5.优化初始点2.3.6.GasTurb中对应的图形化界面2.4.设计空间探索2.5.参考文献第3章建立一个发动机模型3.1.数据来源3.1.1.杂志和市场宣传册3.1.2.正式的发动机数据3.1.3.计算的发动机循环数据3.1.4.发动机用户的测试数据3.1.5.发动机维护方的测试数据3.2.数据换算3.2.1.换算到标准天大气3.2.2.数据丰富3.3.循环参考点3.3.1.试错方法3.3.2.多点分析3.3.3.优化数据匹配3.3.4.不能建立一个合理的模型？3.4.非设计点3.4.1.压气机特性图3.4.2.涡轮特性图3.4.3.更多的仿真细节3.5.参考文献第4章发动机模型示例4.1.J57-19W4.1.1.循环参考点4.1.2.非设计点仿真4.2.CFM56-34.2.1.检查数据4.2.2.循环参考点4.2.3.非设计点仿真4.2.4.模型初始校准4.2.5.更细化的模型4.2.6.最后的一些话4.3.F107-WR-4004.3.1.海平面标准大气最大连续循环参考点4.3.2.非设计点模型4.4.参考文献第5章基于模型的性能分析5.1.综合分析法5.1.1.模型5.1.2.数据预处理5.1.3.“AnSyn”因子的定义5.1.4.一个简单的分析例子5.1.5.如何处理缺失的和额外的试验数据5.1.6.综合分析优化5.1.7.“AnSyn”因子的应用5.2.发动机研发过程中的综合分析5.2.1.传感器查错5.2.2.试验分析5.2.3.模型改良潜力5.3.发动机维护中的综合分析5.3.1.用于诊断的基准模型5.3.2.发动机诊断5.4.用于发动机性能监视的综合分析5.4.1.用于性能监视的基准模型5.4.2.趋势监视5.5.“AnSyn”因子的解释5.5.1.部件衰退5.5.2.模型故障5.5.3.传感器故障5.5.4.测试错误5.6.结语5.7.参考文献第6章进气畸变6.1.进气畸变的不同类型6.1.1.压力畸变6.1.2.温度畸变6.2.平行压气机理论6.2.1.理论与试验6.2.2.压气机耦合6.3.畸变对发动机热力过程的影响6.4.由于控制系统动作引起的改变6.4.1.意外的反应6.4.2.有意的动作6.5.Reprise6.6.参考文献第7章过渡态性能仿真7.1.过渡态基础7.1.1.克服转子转动惯量7.1.2.过渡态控制策略7.2.发动机几何7.2.1.稳态几何7.2.2.一个涡扇发动机例子7.3.一种增强的方法7.3.1.叶顶间隙7.3.2.传热7.3.3.燃烧室7.3.4.其他过渡态现象7.4.涡扇发动机的过渡态行为7.4.1.冷态发动机加速7.4.2.热态发动机减速并快推最大7.5.结语7.6.参考文献B部分 初步设计第1章整机1.1.初步设计在系统研究中的角色1.2.方法和实现1.2.1.建立一个整机模型1.2.2.部件模型1.2.3.设计约束1.2.4.再探指标均衡之道1.2.5.部件层级1.2.6.循环设计点1.2.7.每个部件的设计点1.2.7.1.低压压气机1.2.7.2.高压压气机1.2.7.3.燃烧室1.2.7.4.高压涡轮1.2.7.5.低压涡轮1.3.整机研发—性能的角色第2章压气机2.1.功能、环境和基本效率2.1.1.介绍2.1.2.等熵效率的局限性2.1.3.多变效率2.1.4.额外的操作性功能2.2.速度三角形2.2.1.介绍2.2.2.角度及切线速度的符号约定2.2.3.构建速度三角形2.2.4.速度三角形的利用2.2.5.级特性2.3.压气机初步设计2.3.1.叶片通道内的流动2.3.2.中线分析（平均半径分析）2.3.3.三维流动及径向平衡2.3.4.扩散、旋转和堵塞2.3.5.中线损失模型2.3.6.中线设计程序CSPAN的结构2.3.7.GasTurb中的中线分析程序结构2.4.压气机设计包线2.4.1.介绍2.4.2.设计空间说明2.4.3.初始设计变量2.4.4.例子----一个11级高压压气机2.4.5.一个更复杂的例子----核心驱动风扇2.5.参考文献第3章涡轮3.1.功能、环境和基本效率3.1.1.等熵效率的局限性3.1.2.多变效率3.2.速度三角形3.2.1.介绍3.2.2.角度及切线速度的符号约定3.2.3.构建速度三角形3.2.4.速度三角形的利用3.2.5.级特性3.3.涡轮初步设计3.3.1.高压涡轮3.3.2.低压涡轮3.3.3.中线分析3.3.4.中线程序的建立3.3.5.中线程序的结构3.3.6.中线损失模型3.3.7.损失的组成3.3.8.涡轮冷却的影响3.4.涡轮设计包线3.4.1.介绍3.4.2.设计空间说明3.4.3.初始设计变量3.4.4.解决方案和说明3.5.无导叶对转涡轮3.6.参考文献第4章机械设计4.1.介绍4.2.流道设计4.2.1.压气机4.2.2.小涵道比风扇及低压压气机4.2.3.大涵道比风扇4.2.4.分流器4.2.5.增压级4.2.6.高压压气机4.2.7.燃烧室4.2.8.高压涡轮4.2.9.低压涡轮4.2.10.加力燃烧室4.2.11.喷管4.3.支撑结构和导管4.3.1.前支撑结构4.3.2.主支撑结构4.3.3.涡轮支撑结构4.3.4.后支撑结构4.4.轴4.5.叶片盘4.5.1.盘设计方法4.5.2.径向载荷4.5.3.盘温度4.5.4.盘应力4.5.5.材料特性4.5.6.设计余量4.5.7.应力分布4.6.发动机重量4.7.参考文献C部分 非设计点第1章部件性能1.1.进气道1.1.1.航空发动机进气1.1.2.发电燃机进气1.2.压气机的非设计点行为1.2.1.压气机特性图1.2.2.压气机特性图坐标1.2.3.带可变导叶的压气机1.2.4.风扇特性图1.2.5.二次效应1.2.6.压气机特性图的缩放1.2.7.压气机特性图生成程序Smooth C1.2.8.简单的特性图缩放方法1.2.9.高级的特性图缩放方法1.2.10.非设计点的特性图缩放1.3.涡轮性能1.3.1.操作特性1.3.2.涡轮特性图生成程序Smooth T1.3.3.涡轮特性图格式1.3.4.叶顶间隙1.3.5.可变几何涡轮1.3.6.无导叶对转涡轮1.4.燃烧室1.4.1.效率1.4.2.压力损失1.4.3.燃烧室出口的温度分布1.5.混合器1.5.1.内外涵混合是如何增加推力的1.5.2.混合器几何1.5.3.完全混合推力1.5.4.不混合推力1.5.5.混合效率和混合器速度系数1.5.6.增推潜力1.5.7.真实的混合器例子1.5.8.混合器设计案例1.5.9.混合气非设计性能1.6.加力燃烧室1.6.1.精确仿真加力燃烧室的必要性1.6.2.几何与命名1.6.3.加力燃烧室运行1.6.4.加力燃烧效率1.6.5.EJ200发动机的例子1.7.喷管1.7.1.收敛喷管1.7.2.收缩-扩张喷管1.8.参考文献第2章理解非设计点行为2.1.涡喷发动机2.1.1.部件的非设计点行为2.1.2.部件匹配2.1.3.增压级工作线2.2.涡扇发动机2.2.1.风扇工作线2.2.2.涡扇发动机增压级工作线2.2.3.低压涡轮2.3.多转子涡轴2.4.单转子涡轴2.5.参考文献D部分 基础第1章气体性质与标准大气1.1.半理想气体1.1.1.焓1.1.2.熵函数1.2.数值1.2.1.比热、焓及熵函数1.2.2.燃烧温升1.2.3.燃料1.3.标准大气1.4.参考文献第2章电子表格计算2.1.经常使用的方程2.1.1.一些简单的换算2.1.2.压气机2.1.3.涡轮2.1.4.等熵及多变效率2.1.5.燃烧室2.1.6.喷管2.2.涡喷发动机的热力循环计算2.2.1.需求2.2.2.解决方案2.2.3.总结第3章无量纲性能3.1.无量纲压气机性能3.2.无量纲整机性能3.2.1.实际使用中的标准天换算3.2.2.如何确定指数3.2.3.带加力燃烧室的发动机3.2.4.带换热器的燃机3.3.参考文献第4章雷诺数修正4.1.雷诺数指数4.2.雷诺数与叶轮机损失的关系4.3.管流损失理论在性能程序中的应用4.4.管流损失理论的变通4.5.流量修正4.6.参考文献第5章带冷却涡轮的效率5.1.单级涡轮5.1.1.仿真原理5.1.2.关于燃烧室出口导叶的冷气5.1.3.交换率5.2.两级涡轮5.3.等效的单级涡轮5.3.1.虚拟RIT方法5.3.2.虚拟T4方法5.3.3.敏感度分析5.3.4.应用5.4.热效率5.4.1.对涡轮效率估计的比较5.4.2.效率定义对循环研究的结果影响5.5.由于冷却引起的效率损失5.5.1.一些数字5.5.2.一个现实例子5.6.参考文献第6章空气系统6.1.性能模型中的空气系统6.2.空气系统计算6.2.1.级间引气6.3.涡轮冷却气6.3.1.多级涡轮6.4.参考文献第7章数学方法7.1.非设计点仿真任务7.2.基本算法7.2.1.牛顿法7.2.2.试位法7.2.3.牛顿-拉普森7.3.在性能计算中的应用7.4.更多的分析技术介绍7.4.1.迭代分层7.4.2.稳态性能7.4.3.限制器7.4.4.动态发动机仿真7.5.关于收敛性的问题7.5.1.解存在，但程序无法计算出7.5.2.无解存在7.6.参考文献第8章优化8.1.参数研究8.2.数值优化8.2.1.梯度法8.2.2.自适应随机搜索策略8.2.3.约束条件8.2.4.应用8.3.参考文献第9章蒙特卡洛分析9.1.统计背景9.1.1.正态分布与标准偏差9.1.2.概率分布和置信水平9.2.测试不确定度9.2.1.系统误差9.2.2.常规的测试分析流程9.2.3.核心机流量分析9.3.发动机设计不确定度9.4.发动机加工容差9.4.1.随机偏差9.4.2.相关性9.4.3.控制系统容差9.4.4.一个涡轴发动机例子9.5.参考文献附录索引
内容摘要
全书分为四大部分：第一部分介绍发动机仿真任务，主要包括新型发动机设计、发动机建模、基于模型的性能分析、进气畸变影响、过渡态性能等内容；第二部分为初步设计方法，主要包括发动机整机特性、部件特性、涡轮特性、机械设计等内容；第三部分为非设计状态，主要包括部件性能、非设计行为的理解等内容；第四部分介绍相关基础理论知识，主要包括燃气特性和标准大气环境、无量纲性能、雷诺数修正、冷却涡轮效率、空气系统、数学、优化、蒙特卡罗模拟等内容。
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