内容简介
航空发动机被誉为“工业皇冠上的明珠”，也是制约我国民航事业、国防装备建设的主要“瓶颈”，是当前国家发展的高技术领域。
目前我国高校中的航空发动机专业教科书中，通常设有航空叶轮机原理、航空发动机结构与强度、燃烧与传热、控制等专业基础课程，能为大学生或研究生毕业后从事专业研究或技术工作打下坚实基础。但是，对于航空发动机的系统工程师设计师或技术管理人员来说，还需要掌握航空发动机体到各部件（子系统）的“全系统”知识，尤其是工程发展过程中涉及从用户需求、产品概念、设计、试验、制造、使用等各环节的“全过程”相关知识。
因此，本书力图提供航空发动机整个工程发展全过程所涉及的基本要求、程序、理论、方法和途径，以及为理解这些所需要的航空发动机全系统的基本知识，即：全系统全过程“两全”知识，本书适合有航空发动机专业知识的高年级本科生或研究生、相关技术人员以及管理人员。目前尚缺少类似的专著，本书能够起到填补、域发展的作用。
目录
第1章 航空发动机概述001
1.1 航空发动机的发展历程001
1.1.1 活塞式发动机001
1.1.2 燃气涡轮发动机003
1.2 涡喷涡扇发动机概述007
1.2.1 组成与工作机理007
1.2.2 发动机能评定009
1.2.3 发动机划代011
1.3 涡轴涡桨发动机概述014
1.3.1 结构形式和工作特点014
1.3.2 评定能的指标018
参考文献021
第2章 燃气涡轮发动机原理023
2.1 产生推力的原理023
2.2 热力循环和效率024
2.3 不同类型发动机的热力循环026
2.3.1 涡轮喷气发动机026
2.3.2 涡轮风扇发动机028
2.3.3 涡轮螺旋桨、桨扇和涡轴发动机030
2.3.4 加力涡喷发动机031
2.3.5 几种发动机效率的比较031
2.4气道033
2.4.1气道的类型034
2.4.2气道的能参数037
2.5 风扇和压气机040
2.5.1 压气机的分类040
2.5.2 压气机的工作原理042
2.5.3 压气机的主要能参数046
2.5.4 压气机系统能046
2.6 燃烧室047
2.6.1 燃烧室的类型048
2.6.2 燃烧室的工作过程048
2.6.3 燃烧室的主要能参数051
2.6.4 燃烧室特052
2.6.5 加力燃烧室053
2.7 涡轮054
2.7.1 涡轮的工作原理055
2.7.2 涡轮的主要能参数056
2.7.3 涡轮特057
2.8 喷管058
2.8.1 喷管类型058
2.8.2 喷管能059
2.8.3 其能062
2.9 压气机与涡轮共同工作063
参考文献065
第3章 航空发动机的主要构成068
3.1 压气机（风扇）068
3.1.1 离心式压气机069
3.1.2 轴流式压气机070
3.1.3 材料074
3.2 燃烧室074
3.2.1 单管燃烧室075
3.2.2 环管燃烧室075
3.2.3 环形燃烧室076
3.2.4 材料077
3.3 涡轮077
3.3.1 导向器叶片077
3.3.2 涡轮盘078
3.3.3 涡轮工作叶片078
3.3.4 材料080
3.4 加力燃烧室080
3.4.1 扩压器081
3.4.2 供油装置081
3.4.3 点火装置082
3.4.4 火焰稳定器083
3.5 排气系统084
3.5.1 亚声速喷管085
3.5.2 超声速喷管086
3.5.3 喷管变几何结构087
3.5.4 引射喷管087
3.6附件传动088
3.6.1内部齿轮箱089
3.6.2径向传动轴090
3.6.3外部齿轮箱090
3.7润滑系统090
3.7.1滑油箱091
3.7.2滑油散热器091
3.7.3滑油系统的其他装置092
3.8空气系统093
3.8.1冷却094
3.8.2封严096
3.8.3轴承载荷控制098
3.9控制系统099
3.9.1概述099
3.9.2液压机械式控制系统102
3.9.3数字控制系统104
3.10涡轴涡桨发动机的构造特点107
3.10.1燃烧室107
3.10.2自由涡轮109
3.10.3排气装置110
3.10.4减速器110
3.10.5粒子分离装置110
3.10.6红外装置111
3.10.7螺旋桨和调速系统112
参考文献113
第4章 航空发动机研制发展阶段划分及其特点115
4.1国外航空发动机发展的管理理念演变115
4.2航空发动机的研制阶段117
4.2.1需求分析与论证阶段118
4.2.2方案设计阶段119
4.2.3详细设计阶段122
4.2.4试制与验证阶段123
4.2.5生产与服务阶段123
4.3技术成熟度评价方法123
4.3.1基本概念124
4.3.2发展沿革124
4.3.3技术成熟度评价方法124
4.3.4技术成熟度等级评价流程127
4.3.5评价细则128
4.4我国航空发动机全寿命管理概要139
4.4.1预先研究140
4.4.2工程研制141
4.4.3使用发展142
参考文献143
第5章 航空器对动力的需求分析144
5.1概述144
5.2飞机任务分析145
5.2.1飞机任务需求146
5.2.2约束条件分析150
5.2.3分系统能参数优化选择153
5.2.4分系统能参数指标的优化迭代155
5.3发动机能力需求与指标体系156
5.3.1任务飞行能力156
5.3.2作战适用能力156
5.3.3环境适应能力156
5.3.4部署与快速出动能力156
5.3.5生存能力157
5.3.6综合保障能力157
5.3.7经济承受能力157
5.4主要技术指标159
5.4.1能与适用159
5.4.2环境适应167
5.4.3结构完整168
5.4.4战斗生存力170
5.4.5“五”171
5.4.6经济可承受172
5.4.7子系统适应与完整173
参考文献174
第6章 发动机初体设计175
6.1设计点能分析176
6.1.1目的176
6.1.2设计点循环分析176
6.1.3举例发动机的选择：设计点分析183
6.2非设计点能分析191
6.2.1目的191
6.2.2分析计算191
6.2.3非设计点循环分析示例193
6.3确定发动机尺：安装能198
6.3.1概念198
6.3.2分析计算199
6.3.3发动机安装能和终尺确定的实例200
6.3.4AAF发动机能202
6.4小结206
参考文献206
第7章 部件和系统的设计及要求208
7.1主要部件设计208
7.1.1压缩部件208
7.1.2主燃烧室和加力燃烧室214
7.1.3高压涡轮和低压涡轮219
7.1.4喷管224
7.2发动体结构设计225
7.2.1结构布局内容225
7.2.2发动机转子支承方案226
7.2.3发动机承力系统228
7.2.4临界转速估算229
7.2.5重量估算229
7.3发动机控制系统231
7.3.1控制系统要求232
7.3.2控制系统设计流程简介234
7.3.3控制系统的发展237
7.4发动机子系统设计239
7.4.1燃油系统239
7.4.2润滑系统241
7.4.3健康管理系统243
7.4.4电气系统245
7.4.5点火系统246
7.4.6起动系统246
7.4.7防冰系统247
7.4.8尾喷管系统247
参考文献248
第8章 航空发动机通用质量特250
8.1概述250
8.1.1基本概念250
8.1.2“五”要求分类和主要提出方法252
8.1.3装备“五”指标体系简介253
8.2可靠260
8.2.1航空发动机可靠的重要260
8.2.2航空发动机可靠要求和指标体系261
8.2.3航空发动机可靠设计267
8.2.4发动机故障模式、影响及危害度分析268
8.2.5发动机故障报告、分析和纠正措施系统（FRACARS）268
8.2.6发动机可靠的检查与评估269
8.2.7发动机研制阶段的可靠验证试验272
8.2.8发动机使用阶段的可靠评定273
8.3维修274
8.3.1维修的意义274
8.3.2要求和指标275
8.3.3维修技术要求277
8.3.4维修评估验证278
8.4测试279
8.4.1要求与指标279
8.4.2测试评估验证280
8.4.3持续280
8.5保障280
8.5.1要求与指标280
8.5.2保障验证要求282
8.6环境适应283
8.6.1发动机整机要求283
8.6.2发动机附件要求289
参考文献290
第9章 航空发动机适航292
9.1概述292
9.1.1基本概念292
9.1.2适航法规简介293
9.1.3民用航空器适航工作294
9.1.4国外军用飞机适航工作296
9.1.5军用飞机与民用飞机适航比较298
9.2军用飞机适航300
9.2.1研制阶段适航主要工作项目300
9.2.2军用飞机适航要求301
9.2.3军用飞机适航验证304
9.2.4军用飞机适航审查306
9.3航空发动机适航308
9.3.1发动机适航法规308
9.3.2某型航空发动机适航审查基础311
9.3.3适航314
9.3.4航空发动机适航设计315
9.3.5某型发动机适航审查符合方法316
参考文献317
第10章 航空发动机试验鉴定319
10.1试验鉴定的概念和内涵319
10.2试验鉴定的内容和范围320
10.3试验鉴定特点、流程和要求321
10.3.1试验鉴定特点321
10.3.2试验鉴定的流程322
10.3.3试验鉴定体要求与主要规范324
10.4国外航空发动机试验鉴定情况328
10.5技术指标验证需求332
10.5.1能与适用332
10.5.2环境适应334
10.5.3结构完整334
10.5.4战斗生存力335
10.5.5“五”335
10.5.6经济336
10.5.7子系统适应与完整336
10.6航空发动机试验考核体系337
10.6.1顶层规范验证试验项目337
10.6.2试验考核体系分析341
参考文献350
第11章 航空发动机使用发展352
11.1概念与内涵352
11.2使用发展的作用意义353
11.2.1可靠和耐久353
11.2.2提高能和扩大用途353
11.2.3降低成本和费用354
11.3使用维修与监控354
11.3.1飞机维修活动354
11.3.2发动机的维修工作355
11.3.3发动机健康管理357
11.4可靠增长365
11.4.1定义365
11.4.2可靠增长的需求365
11.4.3可靠增长案例分析366
11.4.4可靠增长的主要做法367
11.5定寿延寿368
11.5.1航空发动机寿命的内涵368
11.5.2常用定寿方法369
11.5.3结论372
11.5.4某型发动机单机延寿案例372
11.6系列化发展374
11.6.1系列化发展的技术途径374
11.6.2CFM 56发动机的系列化发展案例介绍375
11.6.3AЛ-31Ф系列发动机案例介绍378
参考文献380
第12章 航空发动机标准体系382
12.1概述382
12.1.1定义382
12.1.2标准在国家建设中的地位和作用382
12.1.3军用标准化的历史385
12.1.4我国军用标准化概况386
12.1.5国外标准390
12.2军用装备标准化管理391
12.2.1型号标准化工作391
12.2.2型号专用规范393
12.2.3标准化程度评价393
12.2.4军用标准的选用和剪裁394
12.3航空发动机标准体系特点394
12.3.1国外航空发动机标准体系分析395
12.3.2国内航空发动机标准体系分析397
参考文献401
第13章 航空发动机技术状态管理402
13.1概述402
13.1.1技术状态管理发展的历史402
13.1.2定义403
13.1.3技术状态管理405
13.2技术状态标识405
13.2.1定义405
13.2.2主要活动405
13.3技术状态控制408
13.3.1概念408
13.3.2原则409
13.3.3工程更改409
13.3.4偏离/超差411
13.3.5接口控制411
13.4技术状态记实411
13.5技术状态审核412
13.5.1定义412
13.5.2人员412
13.5.3地点412
13.5.4步骤412
13.6监督与实施412
13.7应用案例413
参考文献413
第14章 航空发动机经济可承受415
14.1概述415
14.1.1装备费用的构成与作用415
14.1.2装备经济可承受416
14.2经济研究基础417
14.2.1寿命周期费用分解结构417
14.2.2费用的时间价值418
14.2.3熟练曲线418
14.2.4费用估算程序420
14.2.5费用估算方法424
14.2.6寿命周期费用论证要点427
14.3基于PRICE软件的寿命周期费用论证429
14.4发动机经济算例分析431
14.4.1某预研计划算例分析431
14.4.2某涡扇发动机全寿命费用分析432
14.5控制发动机全寿命费用的措施434
14.5.1费用作为独立变量的方法434
14.5.2控制发动机费用的途径分析436
参考文献436
符号表438
摘要与插图
1.1航空发动机的发展历程
1903年12月17日，美国莱特兄弟实现了人类历有动力的载人飞行。与之前航空先驱多次失败的尝试相比，莱特兄弟的主要经验之一是选择了高能的内燃机作为航空发动机，实现了人类的飞行梦想。此后，航空技术经历百年发展，对世界政治、经济、军事和技术以于人们的生活方式等产生了巨大影响。这充分表明航空发动机不仅是航空器飞行的动力，航空发动机技术也是社会发步的推动力之一。
航空发动机的发展历史大致可分为两个时期：个时期，从莱特兄弟的飞行开始，到次世界大战结束为止，在这个时期内，活塞式发动机作为飞机动力持续了40年左右；个时期，从次世界大战结束今，属于喷气发动机时代，航空燃气涡轮发动机取代活塞式发动机居航空动力的地位。更详细的论述可见刘大响[1]、方昌德[2][3]的有关专著。
1.1.1活寒式发动机
1.1.1.1液冷发动机阶段
很早以前，我们的先辈幻想像鸟一样在天空中自由飞，也曾做过各种尝试，但是大部分因为动力源问题未获得解决而归于失败。初曾有人把专门设计的蒸汽机装到飞机上作为动力源，但因为蒸汽机作为飞机发动机太重，而没有。到19世纪末，在内燃机开始用作汽车动力的同时，人们即想到把内燃机作为飞机的动力源，并着手这1903年，莱特兄弟和技师泰勒把一台4缸、直列式水冷发动机改装之后用于其方面的探索。
“飞行者一号”飞机行飞行试验。这台发动机只发出8.95kW率，重量却有约80kg率/重量比重比）约为0.11kW/kg。发动机通过两根链条带动两个直径为2.6m的木制螺旋桨旋转而产生拉力。飞机飞行的留空时间只有，飞行距离为36.6m。但它是人类历次有动力、载人、持续、稳定、可操纵的重于空气飞行器的飞行（John D.Anderson[4]）。
其后，在战争的推动下，是在欧洲，航空开始蓬勃发展，法国在当时处于技术地位。美国虽然发明了飞机并且制造了架军用飞机，但在参战时还没有可用的新式飞机。在前线作战的美军的6287架飞机中有4791架是法国飞机，如装备了伊斯潘诺-西扎V型液冷发动机的“斯佩德”战斗机。这种飞机速度超过200km/h,升限6650m,其发动机率已达130～220kW重比为0.7kW/kg左右。
当时，飞机的飞行速度还比较低，气冷式发动机冷却效果差，发动机为了冷却需要裸露在外，飞机阻力较大，因此大多数飞机是战斗机采用的是液冷式发动机。
在两次世界大战之间，在活塞式发动机领域出现了几项重要的技步，为大幅度提高发动机和飞机的能创造了条件。
1）发动机整流罩，既减小了飞机阻力，又有助于解决气冷发动机的冷却问题，甚可以设计两排或四排气缸的发动机，为增率创造了条件；
2）尾气涡轮增压器，提高了高空条件下气压力，改善了发动机的高空能；3）变距螺旋桨，可增加螺旋桨的效率和发动机率输出；4）内充金属钠的冷却排气门，解决了排气门的过热问题；
5）向气缸内喷水和甲醇的混合液，可在短时间内增加三分之率；
6）高辛烷值燃料，提高了燃油的抗爆，使气缸内燃烧前压力由2～3atm①逐步增加到5～6 atm,甚8～9atm,既提高了率，又降低了耗油率。
1.1.1.2气冷发动机阶段
从20世纪20年代中期开始，气冷发动机发展迅速。在整流罩解决了阻力和冷却问题后，气冷星型发动机由于具有刚大，重量轻，可靠、维修和生存好率增长潜力大等优点而得到迅速发展，并开始在大型轰炸机、运输机和对地攻击机上取代液冷发动机。美国莱特公司和普·惠公司先后发展出单排的“旋风”“飓风”以及“黄蜂”“大黄蜂”发动机，率超过400kW重比超过1kW/kg。到次世界大战爆发时，由于双排气冷星型发动机的研制，发动率已提高到600~820kW。此时，螺旋桨战斗机的飞行速度已超过500km/h，飞行高度达10000m。
在次世界大战期间，气冷星型发动机继续向率方向发展，其中比较的有普·惠公司的双排“双黄蜂”（R-2800）和四排“巨黄蜂”（R-4360）.前者在1939年服役，开始率为1230kW，共发展出5个系列几十个型号，率达到2088kW，用于大量军、民用飞机和直升机，R-2800发动机仅为P-47战斗机生产了24000台，其中P-47J飞机的大速度达805km/h，据称是次世界大战中飞得快的战斗机；后者有四排28个气缸，排量为71.5L率为2200~3000kW，是世界率大的活塞式发动机，用于一些大型轰炸机和运输机。莱特公司的R-2600和R-3350发动机也是很的双排气冷星型发动机，前者在1939年推出率为1120kW，用于架载买票旅客飞越大西洋的波音公司“快帆”314型四发水上飞机以及一些较小的鱼雷机、轰炸机和攻击机；后者于1941年投入使用，开始率为……