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第1章 绪论1

1.1 开式转子发动机的节能潜力已经试验验证1

1.2 原油价格上涨对民用航空发动机的影响2

1.3 全球气候变暖对民用航空发动机的影响3

1.4 开式转子发动机发展的新机遇3

1.5 开式转子发动机面临的重大挑战5

1.5.1 噪声6

1.5.2 叶片包容性适航取证要求7

1.5.3 与飞机机体的一体化7

1.5.4 可达性和维修性8

第2章 开式转子与涡桨、涡扇发动机的热力学分析比较9

2.1 工作原理比较9

2.2 热力循环及热效率的比较10

2.3 推进效率比较13

2.3.1 提高推进效率的措施13

2.3.2 低速飞行时涡桨发动机的推进效率高14

2.3.3 涡扇发动机提高推进效率的限制因素14

2.3.4 开式转子发动机能达到较高的推进效率15

2.3.5 理想推进效率及安装推进效率的比较16

2.4 开式转子与涡扇发动机的性能对比分析17

2.4.1 假设2020年开始投入航线的对比分析18

2.4.2 假设2030年开始投入航线的对比分析19

2.5 飞行速度比较20

第3章 开式转子发动机的分类24

3.1 按桨扇排数分类24

3.1.1 单排旋转开式转子发动机24

3.1.2 双排对转开式转子发动机24

3.1.3 带整流叶片的单排旋转开式转子发动机25

3.2 按桨扇位置分类26

3.2.1 牵拉式开式转子发动机27

3.2.2 推进式开式转子发动机27

3.3 按桨扇驱动方式分类29

3.3.1 齿轮传动类开式转子发动机29

3.3.2 直接驱动类开式转子发动机30

3.4 按有无涵道分类30

第4章 开式转子发动机的热力学性能设计32

4.1 开式转子发动机主要构件简介32

4.1.1 燃气发生器（核心机）32

4.1.2 推进器（或称桨扇）32

4.1.3 桨扇涡轮及传动装置33

4.2 基本性能参数35

4.2.1 桨扇涡轮的轴功率PT,Pf35

4.2.2 桨扇功率Ppf35

4.2.3 桨扇的推进功率Ppf,p36

4.2.4 桨扇的推力Fpf36

4.2.5 喷气推力FNZ36

4.2.6 总的推力F和总的推进功率Pp36

4.2.7 当量功率Peq36

4.2.8 单位当量功率PS,eq37

4.2.9 单位桨扇功率PS,eq37

4.2.10 单位推力FS,pf37

4.2.11 有效功率Pe37

4.2.12 有效耗油率（sfc）e37

4.2.13 当量耗油率（sfc）eq37

4.2.14 开式转子发动机的热效率ηt38

4.2.15 推进效率ηP38

4.2.16 总效率ηO38

4.3 自由能的最佳分配38

4.4 工作过程参数选择40

4.5 直接驱动和齿轮驱动开式转子发动机的参数对比43

4.5.1 对转涡轮参数的估算45

4.5.2 桨扇参数的评估46

4.5.3 单位燃油消耗率的比较47

4.6 控制规律的选取48

4.6.1 开式转子发动机控制的特点48

4.6.2 发动机的控制规律49

4.6.3 限制性控制规律50

4.6.4 桨叶角度的控制规律50

4.6.5 反推力控制规律52

4.7 开式转子发动机的性能计算53

4.7.1 设计点选取53

4.7.2 气体热力学性质求解模型54

4.7.3 部件特性54

4.7.4 发动机设计点的热力学性能计算67

4.7.5 非设计点稳态性能计算74

4.7.6 非设计点瞬态性能计算77

4.8 发动机工作特性79

4.8.1 节流特性79

4.8.2 高度—速度特性82

4.8.3 气候特性86

4.8.4 反推力工作特性87

第5章 开式转子发动机的总体结构设计90

5.1 总体结构布局90

5.1.1 转子数目和压缩系统类型90

5.1.2 牵拉式或推进式91

5.1.3 齿轮驱动或无齿轮驱动97

5.1.4 对转或单转97

5.1.5 翼吊或尾吊98

5.2 总体结构设计98

5.2.1 牵拉式齿轮驱动开式转子发动机99

5.2.2 推进式齿轮驱动开式转子发动机103

5.2.3 推进式直接驱动开式转子发动机107

5.3 燃气发生器115

5.4 总体结构设计的几个具体技术问题117

5.4.1 转子轴向力117

5.4.2 径向间隙设计119

5.4.3 重量122

第6章 关键部件技术之一——对转桨扇126

6.1 对转桨扇的气动设计126

6.1.1 风扇前流路及外形的选择126

6.1.2 气动设计过程128

6.1.3 利用缩尺模型试验进行全尺寸设计验证129

6.1.4 性能特性图129

6.1.5 SR-3设计对比130

6.1.6 三维数值模拟分析最新进展132

6.2 桨叶的结构与制造145

6.2.1 桨叶结构设计145

6.2.2 变桨距装置153

6.2.3 防冰系统158

6.2.4 桨叶的制造159

6.3 桨叶的强度分析163

6.3.1 有限元模型163

6.3.2 稳态分析164

6.3.3 振动分析169

6.3.4 鸟撞175

6.4 气动弹性稳定性分析176

6.4.1 桨叶颤振的基本特征176

6.4.2 桨叶颤振分析和预测方法177

6.4.3 桨叶气动弹性设计程序180

6.3.4 飞行包线内稳定性评估183

6.5 桨扇声学设计185

6.5.1 气动声学主流理论方法发展历程185

6.5.2 传统涡扇发动机声学设计方法188

6.5.3 桨扇声学设计的最新进展194

6.5.4 小结206

第7章 关键部件技术之二——对转双输出轴减速齿轮箱208

7.1 设计要求208

7.1.1 原则性的设计目标208

7.1.2 具体设计要求209

7.2 结构研究214

7.3 部件技术选择216

7.3.1 齿轮类型选择216

7.3.2 轴承类型选择219

7.3.3 齿轮和行星轴承材料选择221

7.4 艾利逊公司齿轮箱详细设计222

7.4.1 齿轮装置222

7.4.2 行星架229

7.4.3 轴系和花键231

7.4.4 轴承235

7.4.5 齿轮箱壳体246

7.4.6 润滑系统248

7.4.7 密封254

7.4.8 材料255

7.4.9 重量259

7.4.10 先进的设计技术260

7.5 普惠公司齿轮箱详细设计261

7.5.1 齿轮装置261

7.5.2 轴承273

7.5.3 轴和壳体设计282

7.5.4 润滑和回油295

7.5.5 重量和材料总结306

7.5.6 先进技术308

7.6 对两种齿轮箱的选择和评估309

第8章 关键部件技术之三——对转多级动力涡轮311

8.1 对转多级涡轮的原理和气动设计311

8.1.1 对转涡轮概念312

8.1.2 对转多级涡轮概念313

8.1.3 气动流路特点314

8.1.4 设计点性能的评估315

8.1.5 过渡／掺混段设计316

8.1.6 对转涡轮的气动设计方法317

8.1.7 转子叶型气动设计321

8.1.8 动力涡轮结构修改对气动性能的影响322

8.2 对转多级动力涡轮结构设计322

8.2.1 对转多级动力涡轮静子结构设计323

8.2.2 对转多级动力涡轮转子结构设计328

8.3 对转多级动力涡轮空气系统和传热分析342

8.3.1 动力涡轮空气系统342

8.3.2 混合承力机匣的传热分析343

8.3.3 二次流系统344

8.3.4 动力涡轮的传热分析344

8.3.5 中央内腔通风系统345

第9章 关键部件技术之四——主要系统347

9.1 开式转子发动机的控制系统347

9.1.1 齿轮驱动开式转子发动机的控制系统347

9.1.2 直接驱动式开式转子发动机的控制系统358

9.2 开式转子发动机的润滑系统371

9.3 开式转子发动机的功率提取传动系统372

第10章 开式转子发动机与飞机的安装一体化设计376

10.1 安装方式376

10.1.1 翼下吊装376

10.1.2 尾部安装377

10.2 发动机短舱的结构设计377

10.2.1 发动机安装节378

10.2.2 短舱支柱、安装横梁、振动阻尼器378

10.2.3 整流罩382

10.2.4 中心锥体组件386

10.2.5 短舱结构设计准则387

10.2.6 桨叶飞出时短舱结构实测应力392

10.2.7 声疲劳395

10.3 发动机短舱气动设计396

10.3.1 进气道的气动设计396

10.3.2 排气装置的气动设计397

10.3.3 飞机安装的影响399

10.4 气动、结构安装一体化设计分析399

第11章 开式转子发动机试验技术404

11.1 零部件试验404

11.1.1 桨叶的零件台架试验404

11.1.2 动力涡轮叶片动力学相关试验408

11.1.3 动力涡轮叶片频率和应力分布试验409

11.1.4 动力涡轮转子频率测试411

11.1.5 封严环的试验412

11.1.6 混合框架流动测试413

11.1.7 全尺寸桨扇旋转试验414

11.2 桨扇气动和声学试验414

11.3 系统试验425

11.3.1 控制系统试验425

11.3.2 齿轮箱系统试验435

11.4 整机地面试验436

11.4.1 重要的硬件变化和修改438

11.4.2 GE36 UDF发动机试验历程综述439

11.4.3 发动机台架安装和测试设备441

11.4.4 推力计算和耗油率误差分析442

11.4.5 性能试验数据分析443

11.4.6 发动机的可操作性试验456

11.4.7 发动机控制试验461

11.4.8 发动机地面试验结果与结论466

11.5 飞行试验468

11.5.1 试验飞行平台468

11.5.2 飞行测试设备和数据采集470

11.5.3 飞行测试结果473

11.5.4 飞行试验结论480

参考文献482