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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 Teflon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