航空發(fā)動機風扇壓氣機設計

目錄
渦輪機械與推進系統出版項目 序
“兩機”專項：航空發(fā)動機技術出版工程 序
前言
第1章　航空發(fā)動機風扇壓氣機設計技術發(fā)展
1.1　風扇壓氣機的發(fā)展歷程和趨勢　004
1.1.1　軍用壓縮系統　005
1.1.2　民用壓縮系統　007
1.2　風扇壓氣機設計體系的發(fā)展　012
1.3　風扇壓氣機設計技術的發(fā)展　016
1.3.1　提高級壓比設計技術　016
1.3.2　葉片設計技術　019
1.3.3　全三維定常/非定常流場CFD分析技術　025
1.3.4　多級壓氣機全工況性能匹配技術　028
1.3.5　穩(wěn)定性設計技術　029
1.3.6　先進結構設計技術　031
1.4　小結和展望　034
參考文獻　035
第2章　風扇壓氣機設計流程
2.1　研制階段劃分　039
2.2　風扇壓氣機的設計過程劃分　042
2.2.1　可行性論證　042
2.2.2　方案設計　043
2.2.3　技術設計　043
2.2.4　詳細設計　044
2.2.5　生產裝配　044
2.2.6　試驗調試驗證　044
2.3　風扇壓氣機設計流程　044
2.3.1　設計輸入　046
2.3.2　—維設計及特性計算　046
2.3.3　S2流面設計　046
2.3.4　葉片造型設計　047
2.3.5　S1流面分析　047
2.3.6　葉片強度初步分析　048
2.3.7　三維流場分析　048
2.3.8　葉片顫振評估　049
2.3.9　強度壽命點計算　049
2.3.10　機匣處理設計　050
2.3.11　中介機匣設計　050
2.3.12　氣動穩(wěn)定性設計　051
2.3.13　結構布局設計　051
2.3.14　強度評估　051
2.3.15　關重件選材　052
2.3.16　打樣圖設計　052
2.3.17　強度計算分析　052
2.3.18　工程圖設計　053
2.3.19　評審與審批　053
2.3.20　設計輸出　053
2.3.21　生產和裝配　053
2.3.22　試驗驗證　053
參考文獻　054
第3章　航空發(fā)動機對風扇壓氣機的設計要求
3.1　氣動性能設計要求　055
3.1.1　概述　055
3.1.2　性能設計要求　057
3.1.3　氣動穩(wěn)定性設計要求　062
3.1.4　流路尺寸要求　064
3.1.5　流場設計要求　065
3.1.6　引氣要求　066
3.1.7　VBV故氣　066
3.1.8　工作環(huán)境和使用范圍要求　067
3.2　結構設計要求　069
3.2.1　一般結構設計要求　069
3.2.2　轉子結構設計要求　070
3.2.3　靜子結構設計要求　070
3.2.4　轉靜子間隙設計要求　071
3.2.5　連接結構設計要求　071
3.2.6　完整性基本要求　072
3.2.7　通用質量特性要求　073
3.2.8　重量要求　074
3.2.9　材料和工藝要求　074
第4章　一維氣動設計及主要參數選擇
4.1　一維設計及特性分析方法　076
4.1.1　一維設計及特性分析方法概述　076
4.1.2　一維設計方法　077
4.1.3　一維特性分析方法　084
4.2　—維設計參數選擇及實例分析　094
4.2.1　一維設計參數選擇　094
4.2.2　一維設計實例分析　098
4.3　一維特性分析參數選擇及實例分析　105
4.3.1　一維特性分析參數選擇　105
4.3.2　一維特性分析實例　105
4.4　壓氣機一維設計及分析發(fā)展趨勢展望　109
4.4.1　基元葉片法的使用　110
4.4.2　對于新型葉片造型方法的考慮　110
4.4.3　對于葉片彎掠設計技術的考慮　110
4.4.4　穩(wěn)定邊界判據的改進　110
4.4.5　設計經驗的積累　111
4.4.6　人工智能技術的運用　111
參考文獻　111
第5章　S2流面氣動設計與分析
5.1　S2流面氣動設計與分析方法　112
5.1.1　降維方法　113
5.1.2　降維數值模擬方法　117
5.2　S2流面設計　119
5.2.1　S2流面設計的流程　119
5.2.2　S2流面設計參數選擇　120
5.2.3　S2流面設計實例分析　131
5.3　S2流面分析及評估　135
5.3.1　S2分析計算模型及方法　137
5.3.2　二維平面葉柵流動模型在S2分析計算中的應用　140
5.3.3　S2流面分析計算中壓氣機堵塞的喘振邊界的判斷　147
5.3.4　S2流面分析計算基本流程　148
5.3.5　S2流面分析計算算例　150
參考文獻　153
第6章　葉片造型及S1流場分析
6.1　葉片造型方法發(fā)展概述　157
6.2　常用葉片設計方法　158
6.2.1　基于錐面展開面和回轉面的葉片設計方法　159
6.2.2　基元葉型造型方法　162
6.2.3　葉片積疊設計　176
6.3　葉片設計參數選取　178
6.3.1　葉片設計流程及流面輸入參數　178
6.3.2　葉片設計典型葉型參數定義與選取　180
6.3.3　葉片特征參數分析　183
6.3.4　典型葉片設計示例　185
6.4　S1流場分析　193
6.4.1　S1流面設計方法介紹　193
6.4.2　流場計算及分析　193
6.4.3　典型葉柵流場計算案例分析　197
6.5　非常規(guī)葉片設計　201
6.5.1　串列葉片　201
6.5.2　大小葉片　204
參考文獻　206
第7章　三維流場分析
7.1　三維流場CFD方法　208
7.1.1　三維流場分析的常用CFD方法　208
7.1.2　常用邊界條件定義方法　215
7.1.3　常用初場給定方法　220
7.1.4　三維非定常流動建模技術　220
7.2　影響CFD準確性的因素　226
7.2.1　網格分辨率及幾何細節(jié)的影響　227
7.2.2　湍流模型的影響　235
7.2.3　邊界條件及流動細節(jié)的影響　237
7.2.4　非定常模擬時間步長的影響　240
7.2.5　CFD準確性評價及應用原則　241
7.3　風扇壓氣機三維CFD結果分析　242
7.3.1　氣動特性數據后處理　243
7.3.2　流場CFD結果分析　245
參考文獻　249
第8章　風扇壓氣機結構設計
8.1　布局設計　252
8.1.1　中小涵道比風扇的結構布局　252
8.1.2　大涵道比風扇的結構布局　260
8.1.3　高壓壓氣機的結構布局　263
8.2　轉子設計　266
8.2.1　設計輸入與要求　266
8.2.2　轉子連接結構設計　267
8.2.3　轉子葉片連接結構設計　268
8.2.4　轉子引氣設計　269
8.2.5　轉子平衡　270
8.2.6　典型零件結構設計　271
8.3　靜子設計　277
8.3.1　設計輸入與要求　277
8.3.2　機匣設計　277
8.3.3　靜子葉片設計　283
8.3.4　靜葉調節(jié)機構設計　291
8.3.5　靜子封嚴結構設計　294
8.4　選材設計　296
8.4.1　選材原則　296
8.4.2　主要材料選擇　296
8.4.3　新材料發(fā)展　300
8.5　六性設計與分析方法　306
8.5.1　安全性設計與分析方法　306
8.5.2　可靠性設計與分析方法　309
8.5.3　維修性設計與分析方法　312
8.5.4　測試性設計與分析方法　314
8.5.5　保障性設計與分析方法　317
8.5.6　環(huán)境適應性設計與分析方法　318
8.6　常見故障模式　318
8.6.1　葉片常見的故障模式　319
8.6.2　輪盤/軸常見的故障模式　323
8.6.3　機匣常見的故障模式　325
8.6.4　其他故障模式　327
參考文獻　329
第9章　氣動穩(wěn)定性分析方法和擴穩(wěn)技術
9.1　氣動穩(wěn)定性分析方法　330
9.1.1　穩(wěn)定性理論在壓縮系統中的應用　330
9.1.2　基于葉片力的氣動穩(wěn)定性模型　332
9.1.3　基于三維解析模型的氣動穩(wěn)定性模型　344
9.2　進氣畸變條件下壓縮系統氣動穩(wěn)定性分析方法　351
9.2.1　進氣畸變指數　352
9.2.2　穩(wěn)定邊界壓比損失的關聯　353
9.2.3　平行壓氣機模型　356
9.2.4　激盤模型　364
9.2.5　徹體力模型　372
9.3　擴穩(wěn)技術　385
9.3.1　中間級放氣　385
9.3.2　可調靜子葉片　386
9.3.3　機匣處理　388
9.3.4　葉片邊界層流動控制　391
9.3.5　微射流主動控制技術　393
9.4　顫振　394
參考文獻　405
第10章　風扇壓氣機試驗驗證
10.1　葉柵試驗驗證和實驗研究　410
10.1.1　葉柵實驗簡介　410
10.1.2　葉柵實驗主要內容和測試要求　415
10.1.3　葉柵試驗測量結果分析及評判　422
10.2　低速模擬試驗驗證和實驗研究　425
10.2.1　低速模擬設計和實驗簡介　425
10.2.2　低速模擬實驗主要內容和測試要求　429
10.2.3　低速模擬試驗測量結果分析及評判　435
10.3　風扇壓氣機部件試驗驗證　451
10.3.1　風扇壓氣機部件試驗簡介　451
10.3.2　風扇壓氣機部件試驗主要內容和測試要求　451
10.3.3　風扇壓氣機部件試驗測量結果分析及評判　456
10.4　風扇壓氣機部件強度試驗驗證　466
10.4.1　風扇壓氣機強度試驗簡介　466
10.4.2　風扇壓氣機強度試驗主要內容和測試要求　469
10.4.3　風扇壓氣機強度試驗結果分析與評判　475
參考文獻　480