航空發動機渦輪設計

《航空發動機渦輪設計》是2022年科學出版社出版的圖書。

基本介紹

• 中文名：航空發動機渦輪設計
• 出版時間：2022年12月1日
• 出版社：科學出版社
• ISBN：9787030743886

內容簡介

渦輪是航空發動機的複雜關鍵部件，直接推動了航空發動機技術的發展。《航空發動機渦輪設計》開篇介紹了渦輪的工作原理、基本類型、基本構成和渦輪技術的發展歷程，從渦輪的學科與專業劃分為氣動設計、冷卻與傳熱設計、結構設計，系統闡述了渦輪的詳細設計過程，並介紹了渦輪試驗驗證的規劃和相關工作，*後對渦輪先進設計技術進行了展望。《航空發動機渦輪設計》從渦輪的設計實踐出發，力求實用性及實效性。

圖書目錄

目錄

渦輪機械與推進系統出版項目 序

“兩機”專項： 航空發動機技術出版工程 序

前言

第1章航空發動機渦輪概述

1.1航空發動機軸流式渦輪工作原理002

1.1.1航空發動機熱力循環及渦輪熱力學過程002

1.1.2航空發動機軸流式渦輪工作原理003

1.2渦輪的基本類型003

1.2.1按結構劃分004

1.2.2按功能劃分005

1.2.3按氣動特徵劃分005

1.2.4按有無冷氣劃分005

1.3航空發動機軸流式渦輪的基本構成006

1.4渦輪技術發展歷程007

參考文獻010

第2章渦輪設計需求分析及設計體系

2.1渦輪設計需求分析和設計原則011

2.1.1氣動設計需求012

2.1.2結構設計需求014

2.1.3冷卻與傳熱設計需求015

2.2渦輪氣動設計方法018

2.3渦輪冷卻與傳熱設計方法022

2.3.1基本傳熱原理022

2.3.2外部冷卻技術023

2.3.3內部冷卻技術023

2.3.4綜合冷卻技術024

2.4渦輪結構設計方法024

2.4.1結構應力分析024

2.4.2渦輪承載能力——AN2025

2.4.3結構可靠性026

2.4.4結構安全性028

2.5渦輪設計體系029

參考文獻036

第3章渦輪氣動設計

3.1設計依據037

3.1.1總體性能設計要求037

3.1.2氣體工質039

3.1.3設計狀態點039

3.1.4冷卻方案及冷氣分配039

3.1.5渦輪效率及定義041

3.1.6燃燒室出口OTDF、RTDF需求042

3.1.7渦輪轉速、轉向043

3.1.8結構尺寸約束043

3.2氣動方案論證044

3.2.1方案論證方法及流程044

3.2.2主要參數選取044

3.3渦輪氣動通流設計050

3.3.1通流設計的概念050

3.3.2子午流道設計051

3.3.3通流設計準則056

3.3.4通流設計中的損失057

3.4葉型設計060

3.4.1葉型設計的依據及要求060

3.4.2平面葉柵的造型060

3.5葉柵繞流分析065

3.6渦輪三維流場分析066

3.6.1渦輪三維流動特點066

3.6.2三維損失介紹066

3.6.3三維氣動設計（定常、非定常）067

3.6.4三維氣動最佳化設計介紹070

3.7渦輪特性分析071

3.7.1渦輪計算特性072

3.7.2渦輪試驗特性073

3.7.3典型渦輪特性及特點分析073

3.7.4渦輪特性修正075

3.8冷卻渦輪三維精細化設計076

3.8.1引言076

3.8.2冷氣與主流耦合的精細化設計077

3.8.3徑向間隙流動機理和精細化設計080

3.8.4多級靜子容腔083

3.8.5可調靜子間隙流動086

3.8.6軸向間隙流動機理和精細化設計088

3.8.7渦輪盤腔引氣流動精細化設計090

3.8.8渦輪級間過渡段、進排氣段的精細化設計091

3.8.9渦輪部件與燃燒室一體化分析和設計094

3.8.10渦輪部件與下游部件一體化分析和設計097

3.9渦輪流動數值模擬手段套用中的若干問題099

3.9.1物理模型方面099

3.9.2數值方法方面100

3.9.3研究環境方面100

3.9.4研究對象方面101

3.9.5物理認知方面101

參考文獻102

第4章渦輪冷卻與傳熱設計

4.1設計依據103

4.1.1設計準則103

4.1.2適航要求104

4.1.3可靠性和安全性要求104

4.1.4設計條件104

4.2冷卻流路設計105

4.2.1渦輪冷卻葉片供氣流路105

4.2.2渦輪盤軸冷卻與封嚴流路108

4.2.3渦輪機匣冷卻與間隙控制流路109

4.3典型冷卻結構的形式與特點110

4.3.1渦輪葉片氣膜冷卻結構112

4.3.2渦輪緣板、外環的氣膜冷卻結構119

4.3.3渦輪內部冷卻結構127

4.3.4渦輪冷卻結構設計中需關注的問題135

4.4渦輪葉片傳熱分析方法136

4.4.1外換熱計算方法137

4.4.2內流換熱計算方法139

4.4.3葉片溫度場計算方法144

4.5多場耦合設計分析簡介145

4.5.1渦輪部件的一維流體/二維固體流熱耦合分析146

4.5.2氣冷渦輪葉片的流熱固耦合分析147

4.5.3空氣系統網路與傳熱耦合分析148

4.6冷卻仿真技術149

參考文獻154

第5章渦輪結構設計

5.1設計依據156

5.1.1渦輪結構設計需求來源157

5.1.2渦輪結構設計原始數據158

5.1.3渦輪結構各階段設計內容159

5.1.4渦輪結構設計輸入輸出159

5.2渦輪結構布局設計163

5.2.1渦輪結構布局綜述163

5.2.2渦輪結構特點及影響其布局的因素163

5.2.3國外渦輪結構布局簡介164

5.3渦輪材料與工藝172

5.3.1渦輪構件常用材料172

5.3.2渦輪構件典型製造工藝174

5.3.3渦輪新材料與新工藝的選用177

5.4渦輪靜子結構設計178

5.4.1渦輪靜子常用結構179

5.4.2渦輪導向器結構設計179

5.4.3渦輪機匣結構設計187

5.4.4渦輪後機匣結構設計197

5.5渦輪轉子結構設計200

5.5.1渦輪轉子的典型結構200

5.5.2渦輪轉子葉片設計204

5.5.3渦輪盤設計230

5.5.4渦輪軸245

5.6“六性”設計249

5.6.1可靠性要求250

5.6.2維修性要求252

5.6.3保障性要求254

5.6.4測試性要求255

5.6.5安全性要求255

5.6.6環境適應性要求255

5.7結構強度仿真技術256

參考文獻262

第6章渦輪試驗驗證

6.1試驗驗證規劃263

6.2渦輪氣動試驗265

6.2.1平面葉柵試驗265

6.2.2導向器環形葉柵吹風試驗266

6.2.3渦輪級性能試驗267

6.3渦輪傳熱試驗269

6.3.1渦輪葉片流量特性試驗269

6.3.2渦輪葉片冷卻效果試驗271

6.4渦輪結構強度試驗275

6.4.1靜強度試驗275

6.4.2疲勞試驗281

6.4.3包容性試驗287

6.5渦輪環境適應性試驗287

6.5.1抗腐蝕性試驗288

6.5.2吞砂試驗289

參考文獻291

第7章渦輪先進設計技術展望

7.1多學科耦合設計技術293

7.1.1渦輪多學科耦合問題293

7.1.2多學科耦合問題的求解方法296

7.1.3渦輪多學科最佳化設計298

7.2先進氣動設計技術302

7.2.1先進葉型設計技術302

7.2.2高載荷葉柵設計技術307

7.2.3端區設計技術309

7.3先進冷卻設計技術312

7.3.1渦輪微尺度冷卻理念介紹312

7.3.2微尺度氣膜冷卻技術315

7.3.3微尺度通道冷卻技術318

7.3.4微尺度射流衝擊冷卻技術321

7.4先進結構強度設計技術324

7.4.1先進渦輪構型設計技術324

7.4.2先進渦輪強度設計技術326

7.4.3渦輪先進結構強度涉及的材料與製造技術328

參考文獻332