本书基于航空发动机风扇压气机设计技术发展现状，按照系统工程的方法，总结并给出了风扇压气机设计流程。书中完整展现了风扇压气机的设计过程，分析并提出了航空发动机整机对风扇压气机部件的需求；详细描述了一维设计与分析、S2流面设计与分析、叶片造型、S1流场和三维流场计算、气动稳定性等关键气动设计／分析过程，以及部件结构布局、转子／静子、选材、六性等结构设计内容，并给出了具体设计案例；介绍了风扇压气机相关的试验验证方法和技术。
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涡轮机械与推进系统出版项目·序
“两机”专项：航空发动机技术出版工程·序
前言
第1章 航空发动机风扇压气机设计技术发展
1.1 风扇压气机的发展历程和趋势 004
1.1.1 军用压缩系统 005
1.1.2 民用压缩系统 007
1.2 风扇压气机设计体系的发展 012
1.3 风扇压气机设计技术的发展 016
1.3.1 提高级压比设计技术 016
1.3.2 叶片设计技术 019
1.3.3 全三维定常/非定常流场CFD分析技术 025
1.3.4 多级压气机全工况性能匹配技术 028
1.3.5 稳定性设计技术 029
1.3.6 先进结构设计技术 031
1.4 小结和展望 034
参考文献 035
第2章 风扇压气机设计流程
2.1 研制阶段划分 039
2.2 风扇压气机的设计过程划分 042
2.2.1 可行性论证 042
2.2.2 方案设计 043
2.2.3 技术设计 043
2.2.4 详细设计 044
2.2.5 生产装配 044
2.2.6 试验调试验证 044
2.3 风扇压气机设计流程 044
2.3.1 设计输入 046
2.3.2 —维设计及特性计算 046
2.3.3 S2流面设计 046
2.3.4 叶片造型设计 047
2.3.5 S1流面分析 047
2.3.6 叶片强度初步分析 048
2.3.7 三维流场分析 048
2.3.8 叶片颤振评估 049
2.3.9 强度寿命点计算 049
2.3.10 机匣处理设计 050
2.3.11 中介机匣设计 050
2.3.12 气动稳定性设计 051
2.3.13 结构布局设计 051
2.3.14 强度评估 051
2.3.15 关重件选材 052
2.3.16 打样图设计 052
2.3.17 强度计算分析 052
2.3.18 工程图设计 053
2.3.19 评审与审批 053
2.3.20 设计输出 053
2.3.21 生产和装配 053
2.3.22 试验验证 053
参考文献 054
第3章 航空发动机对风扇压气机的设计要求
3.1 气动性能设计要求 055
3.1.1 概述 055
3.1.2 性能设计要求 057
3.1.3 气动稳定性设计要求 062
3.1.4 流路尺寸要求 064
3.1.5 流场设计要求 065
3.1.6 引气要求 066
3.1.7 VBV故气 066
3.1.8 工作环境和使用范围要求 067
3.2 结构设计要求 069
3.2.1 一般结构设计要求 069
3.2.2 转子结构设计要求 070
3.2.3 静子结构设计要求 070
3.2.4 转静子间隙设计要求 071
3.2.5 连接结构设计要求 071
3.2.6 完整性基本要求 072
3.2.7 通用质量特性要求 073
3.2.8 重量要求 074
3.2.9 材料和工艺要求 074
第4章 一维气动设计及主要参数选择
4.1 一维设计及特性分析方法 076
4.1.1 一维设计及特性分析方法概述 076
4.1.2 一维设计方法 077
4.1.3 一维特性分析方法 084
4.2 —维设计参数选择及实例分析 094
4.2.1 一维设计参数选择 094
4.2.2 一维设计实例分析 098
4.3 一维特性分析参数选择及实例分析 105
4.3.1 一维特性分析参数选择 105
4.3.2 一维特性分析实例 105
4.4 压气机一维设计及分析发展趋势展望 109
4.4.1 基元叶片法的使用 110
4.4.2 对于新型叶片造型方法的考虑 110
4.4.3 对于叶片弯掠设计技术的考虑 110
4.4.4 稳定边界判据的改进 110
4.4.5 设计经验的积累 111
4.4.6 人工智能技术的运用 111
参考文献 111
第5章 S2流面气动设计与分析
5.1 S2流面气动设计与分析方法 112
5.1.1 降维方法 113
5.1.2 降维数值模拟方法 117
5.2 S2流面设计 119
5.2.1 S2流面设计的流程 119
5.2.2 S2流面设计参数选择 120
5.2.3 S2流面设计实例分析 131
5.3 S2流面分析及评估 135
5.3.1 S2分析计算模型及方法 137
5.3.2 二维平面叶栅流动模型在S2分析计算中的应用 140
5.3.3 S2流面分析计算中压气机堵塞的喘振边界的判断 147
5.3.4 S2流面分析计算基本流程 148
5.3.5 S2流面分析计算算例 150
参考文献 153
第6章 叶片造型及S1流场分析
6.1 叶片造型方法发展概述 157
6.2 常用叶片设计方法 158
6.2.1 基于锥面展开面和回转面的叶片设计方法 159
6.2.2 基元叶型造型方法 162
6.2.3 叶片积叠设计 176
6.3 叶片设计参数选取 178
6.3.1 叶片设计流程及流面输入参数 178
6.3.2 叶片设计典型叶型参数定义与选取 180
6.3.3 叶片特征参数分析 183
6.3.4 典型叶片设计示例 185
6.4 S1流场分析 193
6.4.1 S1流面设计方法介绍 193
6.4.2 流场计算及分析 193
6.4.3 典型叶栅流场计算案例分析 197
6.5 非常规叶片设计 201
6.5.1 串列叶片 201
6.5.2 大小叶片 204
参考文献 206
第7章 三维流场分析
7.1 三维流场CFD方法 208
7.1.1 三维流场分析的常用CFD方法 208
7.1.2 常用边界条件定义方法 215
7.1.3 常用初场给定方法 220
7.1.4 三维非定常流动建模技术 220
7.2 影响CFD准确性的因素 226
7.2.1 网格分辨率及几何细节的影响 227
7.2.2 湍流模型的影响 235
7.2.3 边界条件及流动细节的影响 237
7.2.4 非定常模拟时间步长的影响 240
7.2.5 CFD准确性评价及应用原则 241
7.3 风扇压气机三维CFD结果分析 242
7.3.1 气动特性数据后处理 243
7.3.2 流场CFD结果分析 245
参考文献 249
第8章 风扇压气机结构设计
8.1 布局设计 252
8.1.1 中小涵道比风扇的结构布局 252
8.1.2 大涵道比风扇的结构布局 260
8.1.3 高压压气机的结构布局 263
8.2 转子设计 266
8.2.1 设计输入与要求 266
8.2.2 转子连接结构设计 267
8.2.3 转子叶片连接结构设计 268
8.2.4 转子引气设计 269
8.2.5 转子平衡 270
8.2.6 典型零件结构设计 271
8.3 静子设计 277
8.3.1 设计输入与要求 277
8.3.2 机匣设计 277
8.3.3 静子叶片设计 283
8.3.4 静叶调节机构设计 291
8.3.5 静子封严结构设计 294
8.4 选材设计 296
8.4.1 选材原则 296
8.4.2 主要材料选择 296
8.4.3 新材料发展 300
8.5 六性设计与分析方法 306
8.5.1 安全性设计与分析方法 306
8.5.2 可靠性设计与分析方法 309
8.5.3 维修性设计与分析方法 312
8.5.4 测试性设计与分析方法 314
8.5.5 保障性设计与分析方法 317
8.5.6 环境适应性设计与分析方法 318
8.6 常见故障模式 318
8.6.1 叶片常见的故障模式 319
8.6.2 轮盘/轴常见的故障模式 323
8.6.3 机匣常见的故障模式 325
8.6.4 其他故障模式 327
参考文献 329
第9章 气动稳定性分析方法和扩稳技术
9.1 气动稳定性分析方法 330
9.1.1 稳定性理论在压缩系统中的应用 330
9.1.2 基于叶片力的气动稳定性模型 332
9.1.3 基于三维解析模型的气动稳定性模型 344
9.2 进气畸变条件下压缩系统气动稳定性分析方法 351
9.2.1 进气畸变指数 352
9.2.2 稳定边界压比损失的关联 353
9.2.3 平行压气机模型 356
9.2.4 激盘模型 364
9.2.5 彻体力模型 372
9.3 扩稳技术 385
9.3.1 中间级放气 385
9.3.2 可调静子叶片 386
9.3.3 机匣处理 388
9.3.4 叶片边界层流动控制 391
9.3.5 微射流主动控制技术 393
9.4 颤振 394
参考文献 405
第10章 风扇压气机试验验证
10.1 叶栅试验验证和实验研究 410
10.1.1 叶栅实验简介 410
10.1.2 叶栅实验主要内容和测试要求 415
10.1.3 叶栅试验测量结果分析及评判 422
10.2 低速模拟试验验证和实验研究 425
10.2.1 低速模拟设计和实验简介 425
10.2.2 低速模拟实验主要内容和测试要求 429
10.2.3 低速模拟试验测量结果分析及评判 435
10.3 风扇压气机部件试验验证 451
10.3.1 风扇压气机部件试验简介 451
10.3.2 风扇压气机部件试验主要内容和测试要求 451
10.3.3 风扇压气机部件试验测量结果分析及评判 456
10.4 风扇压气机部件强度试验验证 466
10.4.1 风扇压气机强度试验简介 466
10.4.2 风扇压气机强度试验主要内容和测试要求 469
10.4.3 风扇压气机强度试验结果分析与评判 475
参考文献 480
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