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第1章 绪论1

1.1 开式循环单转子和双转子的布局4

1.2 多转子布局6

1.3 闭式循环7

1.4 飞机推进系统9

1.5 工业应用13

1.6 船舶和陆路运输20

1.7 环境污染问题24

1.8 未来的几种可能形式25

1.9 燃气涡轮设计过程28

参考文献32

第2章 轴功率循环33

2.1 理想循环33

2.1.1 简单燃气涡轮循环33

2.1.2 换热循环35

2.1.3 再热循环37

2.1.4 带换热的再热循环38

2.1.5 带间冷压缩的循环39

2.2 部件损失计算方法39

2.2.1 滞止特性40

2.2.2 压气机和涡轮的效率42

2.2.3 压力损失46

2.2.4 换热器效率47

2.2.5 机械损失49

2.2.6 比热的变化50

2.2.7 燃油／空气比、燃烧效率和循环效率51

2.2.8 引气53

2.3 设计点的性能计算55

2.4 实际循环性能比较62

2.4.1 燃气涡轮的简单循环62

2.4.2 换热（或回热）循环63

2.4.3 带再热或间冷的换热（回热）循环63

2.5 组合循环和热电联供方案66

2.5.1 组合循环装置66

2.5.2 热电联供装置68

2.5.3 重新提供动力69

2.6 闭式循环燃气涡轮69

参考文献72

第3章 飞机推进系统的燃气涡轮循环74

3.1 性能评估标准74

3.1.1 截面编号76

3.2 进气道和推进喷管效率78

3.2.1 进气道78

3.2.2 推进喷管81

3.3 简单涡轮喷气发动机循环85

3.3.1 涡轮喷气发动机循环优化88

3.3.2 发动机推力和耗油率随飞行条件的变化89

3.3.3 推力的表示91

3.4 涡轮风扇发动机92

3.4.1 内外涵混合排气96

3.4.2 涡轮风扇发动机循环的优化99

3.4.3 推力的表示102

3.4.4 涡轮风扇发动机结构103

3.5 涡轮螺旋桨发动机105

3.6 涡轮轴发动机107

3.7 辅助动力装置108

3.8 加力111

3.9 其他主题113

3.9.1 通用核心机113

3.9.2 垂直起降（VTOL）飞行器的发动机114

参考文献117

第4章 离心压气机118

4.1 工作原理119

4.2 做功和压力上升120

4.3 扩压器126

4.4 压缩效应130

4.4.1 叶轮和扩压器的进口马赫数130

4.5 绘制压气机特性的无因次量133

4.6 压气机特性135

4.7 电脑设计程序137

参考文献138

第5章 轴流压气机140

5.1 基本工作原理140

5.2 基本理论143

5.3 影响级压比的因素145

5.3.1 叶尖切线速度145

5.3.2 轴向速度146

5.3.3 转子气流转折角147

5.4 压气机流道的阻塞149

5.5 反力度151

5.6 三维流动153

5.7 设计过程160

5.7.1 确定旋转速度和流道尺寸161

5.7.2 估算压气机级数163

5.7.3 逐步设计164

5.7.4 叶根到叶尖空气角的变化169

5.8 叶片设计177

5.8.1 压气机叶片叶栅风洞和典型试验结果178

5.8.2 叶型的构造183

5.9 级性能计算185

5.10 压缩效应192

5.11 非设计点性能196

5.12 轴流式压气机特性199

5.12.1 压气机特性的一些推论201

5.12.2 双转子压气机202

5.12.3 可变几何结构压气机202

5.13 小结204

参考文献204

第6章 燃烧系统207

6.1 工作要求208

6.2 燃烧系统的类型209

6.3 影响燃烧室设计的重要因素210

6.4 燃烧过程212

6.5 燃烧室性能215

6.5.1 压力损失215

6.5.2 燃烧效率217

6.5.3 稳定性边界219

6.5.4 容热强度220

6.6 一些应用问题221

6.6.1 火焰筒冷却221

6.6.2 燃油喷射222

6.6.3 起动和点火224

6.6.4 廉价燃料的使用225

6.7 燃气涡轮排放226

6.7.1 操作注意事项227

6.7.2 污染物的生成228

6.7.3 减少排放的方法229

6.7.4 干低NOx系统的设计230

6.7.5 燃烧噪声234

6.8 煤的气化234

参考文献237

第7章 轴流和径流涡轮239

7.1 轴流涡轮的基本理论239

7.2 涡流理论252

7.2.1 自由涡流设计253

7.2.2 等导向器角度设计256

7.3 叶型、叶间距和弦长的选择257

7.3.1 常规叶型258

7.3.2 确定叶片型线和叶片栅距／弦长比的理论方法262

7.4 级性能预估266

7.4.1 涡轮设计中的限制因素266

7.4.2 设计点性能预估268

7.5 涡轮总性能273

7.6 冷却涡轮274

7.7 径流涡轮282

参考文献287

第8章 燃气涡轮发动机结构设计289

8.1 设计过程289

8.1.1 设计标准及其发展290

8.1.2 燃气涡轮研发周期290

8.2 燃气涡轮体系291

8.2.1 设计要求和用途291

8.2.2 飞机发动机——民用和军用292

8.2.3 航空改型发动机292

8.2.4 工业燃机292

8.3 载荷及失效模式293

8.3.1 燃气涡轮载荷293

8.3.2 部件失效模式294

8.4 燃气涡轮材料295

8.4.1 材料特性和失效模式295

8.4.2 其他材料特性303

8.4.3 关键的燃气涡轮材料303

8.4.4 使用中的材料305

8.4.5 涂层307

8.4.6 材料的新发展308

8.5 防失效设计和寿命估算309

8.5.1 防失效设计309

8.5.2 寿命估算（定寿）310

8.6 叶片313

8.6.1 叶片设计准则313

8.6.2 叶片应力计算314

8.6.3 叶片离心应力314

8.6.4 气动弯曲（应力）316

8.6.5 离心扭转恢复318

8.6.6 叶片特征318

8.6.7 叶片与轮盘的连接319

8.6.8 热应力320

8.6.9 涡轮叶片冷却321

8.7 带叶片的轮盘321

8.7.1 转子设计准则、设计理念和类型321

8.7.2 带叶片轮盘的应力状态322

8.8 叶片和轮盘振动326

8.8.1 共振326

8.8.2 危险振动的预防326

8.8.3 叶片颤振328

8.8.4 典型的弯－扭耦合颤振329

8.8.5 系统颤振329

8.8.6 防颤振设计330

8.8.7 鸟撞330

8.9 发动机振动331

8.9.1 临界转速331

8.9.2 临界转速的计算333

8.9.3 发动机系统振动333

8.10 其他部件335

8.10.1 轴承335

8.10.2 密封338

8.11 结束语339

参考文献340

第9章 简单燃气涡轮的性能预测342

9.1 部件特性344

9.2 单转子燃气涡轮非设计工作345

9.3 燃气发生器的共同工作348

9.4 动力涡轮发动机非设计工作351

9.4.1 燃气发生器与自由涡轮的匹配351

9.4.2 两个涡轮的串联匹配352

9.4.3 输出功率、耗油率随输出转速的变化353

9.4.4 单转子发动机与双转子发动机对比355

9.5 喷气发动机非设计工作359

9.5.1 推进喷管特性359

9.5.2 燃气发生器与喷管的匹配360

9.5.3 推力随转速、飞行速度和高度的变化361

9.5.4 随转速、飞行速度和高度变化的耗油量和耗油率（SFC）变化363

9.6 改变共同工作线的方法365

9.7 考虑压力损失变化367

9.8 功率提取368

参考文献369

第10章 性能预测——进一步讨论370

10.1 部分载荷性能的改进方法370

10.1.1 可调面积动力涡轮静子372

10.1.2 再热燃烧373

10.2 双转子发动机的匹配374

10.3 双转子发动机特性的一些说明377

10.3.1 转子转速的气动耦合377

10.3.2 可调面积推进喷管的影响378

10.3.3 以恒定的低压转速工作379

10.3.4 性能描述379

10.4 涡扇发动机的匹配步骤380

10.5 燃气轮机的瞬态特性381

10.5.1 瞬态性能预测382

10.5.2 单转子发动机与自由涡轮发动机对比385

10.5.3 双转子发动机瞬态工作线385

10.5.4 瞬态响应仿真386

10.6 性能恶化387

10.7 控制系统原理389

参考文献392

附录A 关于气体动力学的一些注解394

A.1 压缩作用（定性处理）394

A.2 管道中理想空气的稳态一维可压缩流基本公式397

A.3 可变面积管道里的等熵流动399

A.4 恒定面积、换热管道中的无摩擦流401

A.5 恒定面积、带摩擦管道中的绝热流402

A.6 平面正激波403

A.7 斜激波407

A.8 二维超声速等熵膨胀和压缩409

附录A参考文献411

附录B 问题412

附录B参考文献427

补充参考文献428