涡轮基组合循环发动机

本书以涡轮基组合循环发动机为对象，简述了国内外的相关技术发展现状和趋势，给出了其主要类型和用途、典型构型及工作原理。以飞行速度Ma4的涡轮亚燃冲压组合发动机为重点，从总体、加力冲压燃烧室、进排气系统等方面进行了介绍和分析，主要包括：总体循环分析、结构特点、总体方案、仿真建模、模式转换规律、进气道组合发动机喷管一体化设计技术等；加力冲压燃烧室工作环境、设计需求、设计方法及设计方案等；二元单边膨胀喷管概念特点、气动方案、模型运动机构、内特性模型试验、内外流数值模拟，膨胀面型线等典型结构参数对喷管流场和性能的影

金捷，研究员，北京航空航天大学航空发动机数值仿真中心总师。担任“军用燃气涡轮发动机标准化技术委员会”委员，“飞机推进系统”军队重点实验室学术委员，中国航空学会八届理事会组织工作委员会委员、动力分会总干事，总装某计划专家。主要从事航空发动机和冲压发动机燃烧室设计与分析、排气系统设计与试验等研究工作。

目录第1章 绪论 1.1 定义和内涵 1.2 主要优势和主要特点 1.3 主要类型 1.4 主要技术挑战 1.5 国内外技术发展现状和趋势 1.6 展望与对策 1.7 本书导读 参考文献第2章 涡轮基组合循环发动机典型构型和应用 2.1 涡轮基组合循环发动机典型构型 2.1.1 串联式涡轮冲压组合发动机 2.1.2 并联式涡轮冲压组合发动机 2.1.3 超声速强预冷涡轮发动机 2.1.4 “三喷气”组合循环发动机 2.1.5 膨胀循环空气涡轮冲压发动机 2.1.6 深冷涡喷-火箭组合循环发动机 2.2 涡轮基组合循环发动机的主要用途 2.2.1 军用飞行器动力 2.2.2 民用飞行器动力 2.2.3 空天飞行器动力 参考文献第3章 涡轮冲压组合发动机总体方案和循环分析 3.1 涡轮冲压组合发动机需求分析 3.2 涡轮冲压组合发动机循环分析 3.3 变循环涡轮冲压串联组合发动机的结构特点 3.4 涡轮冲压组合发动机总体仿真建模 3.5 串联式组合发动机变比热容部件级性能模型算法研究 3.5.1 气体热力性质 3.5.2 部件特性及其出口气流参数计算 3.5.3 发动机共同工作点的确定 3.5.4 发动机非线性方程组Newton-Raphson数值求解方法 3.5.5 变循环涡轮冲压组合发动机模型校核 3.6 涡轮冲压组合发动机串联方案 3.6.1 涡扇模式初步方案设计参数选取 3.6.2 冲压模式的初步方案设计 3.7 涡轮/冲压模式转换控制规律研究 3.7.1 模式转换过程的控制变量和控制目标 3.7.2 涡轮/冲压模式转换过程过渡态模型及多变量控制规律研究 3.7.3 模式转换过程中的优化问题抽象 3.7.4 多变量多目标优化算法研究 3.7.5 Newton－Raphson目标规划算法研究 3.7.6 Newton－Raphson目标规划算法有效性验证 3.7.7 转换过程控制规律进行多目标规划后的过渡态仿真 3.8 进气道/串联组合发动机性能匹配 3.8.1 高超声速混压进气道设计原则 3.8.2 混压进气道外压缩波系设计 3.8.3 混压进气道内压缩波系设计 3.8.4 附面层抽吸流量估算 3.8.5 进气道压缩斜板和喉道几何参数的计算 3.8.6 扩压段总压恢复系数计算 3.8.7 高超声速混压进气道外流阻力估算 3.8.8 组合发动机进气道几何调节研究 3.9 串联组合发动机/喷管性能匹配 3.9.1 二元收扩喷管主要几何尺寸设计及调节原则 3.9.2 二元对称可调斜板收扩喷管特性估算算法 3.9.3 几何调整对喷管推力系数的影响 3.10 进气道/组合发动机/喷管一体化设计方案 3.10.1 进气道/组合发动机/喷管主要设计参数的选取及设计点性能 3.10.2 进气道/组合发动机/喷管一体化控制规律优化结果 3.10.3 组合发动机沿飞行轨迹的稳态安装性能 参考文献第4章 涡轮冲压组合发动机加力/冲压燃烧室 4.1 TBCC加力/冲压燃烧室工作环境和设计需求 4.2 TBCC加力/冲压燃烧室研究现状 4.2.1 日本HYPR计划冲压燃烧室 4.2.2 美国RTA计划冲压燃烧室 4.2.3 我国的TBCC加力/冲压燃烧室研究 4.3 TBCC加力/冲压燃烧室设计方法及方案 4.3.1 加力/冲压燃烧室的性能估算方法 4.3.2 串联式TBCC加力/冲压燃烧室设计方案 4.3.3 并联式TBCC加力/冲压燃烧室设计方案 4.3.4 TBCC加力/冲压燃烧室设计小结 4.4 TBCC加力/冲压燃烧室火焰稳定技术 4.4.1 试验装置及数据处理方法 4.4.2 值班火焰稳定器 4.4.3 可变几何火焰稳定器 4.4.4 支板火焰稳定器 4.4.5 火焰稳定技术小结 4.5 本章小结 参考文献第5章 涡轮冲压组合发动机排气系统 5.1 排气系统工作环境和设计需求 5.1.1 高超声速飞行器对排气系统的需求 5.1.2 单边膨胀喷管的概念和特点 5.2 排气系统气动方案设计 5.2.1 主要几何参数确定 5.2.2 SERN模型流道设计 5.2.3 SERN模型其他参数设计 5.2.4 SERN模型流路设计 5.3 SERN模型运动机构设计 5.3.1 设计要求和主要技术难点 5.3.2 SERN喉道设计方案 5.3.3 可调SERN方案设计 5.3.4 运动机构设计小结 5.4 SERN内特性模型试验方法和装置 5.4.1 喷管试验台的组成 5.4.2 试验测量内容 5.4.3 试验步骤 5.4.4 试验误差分析和置信度分析 5.5 SERN内特性模型试验和数值模拟研究 5.5.1 膨胀面型线对SERN性能的影响 5.5.2 下腹板长度对SERN性能影响 5.5.3 整体气动流路对SERN性能影响 5.5.4 侧壁构型对SERN性能影响 5.5.5 膨胀面长度对SERN性能影响 5.5.6 喷管喉道宽高比对SERN性能影响 5.5.7 小结 参考文献 第6章 涡轮冲压组合发动机进气系统 6.1 概述 6.2 TBCC发动机进气道的特征和设计基础 6.2.1 进气道的基本设计要求 6.2.2 进气道的结构类型 6.2.3 进气道特性对推进系统性能的影响 6.2.4 超声速进气道的起动问题 6.2.5 Oswatitsch的很好波系理论 6.3 TBCC发动机进气道和扩压器设计方法 6.3.1 高超声速飞行器/进气道一体化设计问题 6.3.2 高超声速进气道设计过程中主要参数确定的总原则 6.3.3 高超声速进气道设计步骤 6.3.4 TBCC发动机进气道特性计算方法 6.4 TBCC发动机进气道型面设计和特性计算结果 6.4.1 TBCC发动机推进系统设计点选择 6.4.2 TBCC发动机高超声速进气道设计方案和主要参数 6.4.3 设计状态TBCC发动机进气道特性 6.4.4 沿飞行轨迹TBCC发动机进气道特性 6.4.5 展望 参考文献