航空发动机涡轮设计

涡轮是航空发动机的复杂关键部件，直接推动了航空发动机技术的发展。《航空发动机涡轮设计》开篇介绍了涡轮的工作原理、基本类型、基本构成和涡轮技术的发展历程，从涡轮的学科与专业划分为气动设计、冷却与传热设计、结构设计，系统阐述了涡轮的详细设计过程，并介绍了涡轮试验验证的规划和相关工作，*后对涡轮先进设计技术进行了展望。《航空发动机涡轮设计》从涡轮的设计实践出发，力求实用性及实效性。

目录
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章航空发动机涡轮概述
1.1航空发动机轴流式涡轮工作原理002
1.1.1航空发动机热力循环及涡轮热力学过程002
1.1.2航空发动机轴流式涡轮工作原理003
1.2涡轮的基本类型003
1.2.1按结构划分004
1.2.2按功能划分005
1.2.3按气动特征划分005
1.2.4按有无冷气划分005
1.3航空发动机轴流式涡轮的基本构成006
1.4涡轮技术发展历程007
参考文献010
第2章涡轮设计需求分析及设计体系
2.1涡轮设计需求分析和设计原则011
2.1.1气动设计需求012
2.1.2结构设计需求014
2.1.3冷却与传热设计需求015
2.2涡轮气动设计方法018
2.3涡轮冷却与传热设计方法022
2.3.1基本传热原理022
2.3.2外部冷却技术023
2.3.3内部冷却技术023
2.3.4综合冷却技术024
2.4涡轮结构设计方法024
2.4.1结构应力分析024
2.4.2涡轮承载能力——AN2025
2.4.3结构可靠性026
2.4.4结构安全性028
2.5涡轮设计体系029
参考文献036
第3章涡轮气动设计
3.1设计依据037
3.1.1总体性能设计要求037
3.1.2气体工质039
3.1.3设计状态点039
3.1.4冷却方案及冷气分配039
3.1.5涡轮效率及定义041
3.1.6燃烧室出口OTDF、RTDF需求042
3.1.7涡轮转速、转向043
3.1.8结构尺寸约束043
3.2气动方案论证044
3.2.1方案论证方法及流程044
3.2.2主要参数选取044
3.3涡轮气动通流设计050
3.3.1通流设计的概念050
3.3.2子午流道设计051
3.3.3通流设计准则056
3.3.4通流设计中的损失057
3.4叶型设计060
3.4.1叶型设计的依据及要求060
3.4.2平面叶栅的造型060
3.5叶栅绕流分析065
3.6涡轮三维流场分析066
3.6.1涡轮三维流动特点066
3.6.2三维损失介绍066
3.6.3三维气动设计（定常、非定常）067
3.6.4三维气动优化设计介绍070
3.7涡轮特性分析071
3.7.1涡轮计算特性072
3.7.2涡轮试验特性073
3.7.3典型涡轮特性及特点分析073
3.7.4涡轮特性修正075
3.8冷却涡轮三维精细化设计076
3.8.1引言076
3.8.2冷气与主流耦合的精细化设计077
3.8.3径向间隙流动机理和精细化设计080
3.8.4多级静子容腔083
3.8.5可调静子间隙流动086
3.8.6轴向间隙流动机理和精细化设计088
3.8.7涡轮盘腔引气流动精细化设计090
3.8.8涡轮级间过渡段、进排气段的精细化设计091
3.8.9涡轮部件与燃烧室一体化分析和设计094
3.8.10涡轮部件与下游部件一体化分析和设计097
3.9涡轮流动数值模拟手段应用中的若干问题099
3.9.1物理模型方面099
3.9.2数值方法方面100
3.9.3研究环境方面100
3.9.4研究对象方面101
3.9.5物理认知方面101
参考文献102
第4章涡轮冷却与传热设计
4.1设计依据103
4.1.1设计准则103
4.1.2适航要求104
4.1.3可靠性和安全性要求104
4.1.4设计条件104
4.2冷却流路设计105
4.2.1涡轮冷却叶片供气流路105
4.2.2涡轮盘轴冷却与封严流路108
4.2.3涡轮机匣冷却与间隙控制流路109
4.3典型冷却结构的形式与特点110
4.3.1涡轮叶片气膜冷却结构112
4.3.2涡轮缘板、外环的气膜冷却结构119
4.3.3涡轮内部冷却结构127
4.3.4涡轮冷却结构设计中需关注的问题135
4.4涡轮叶片传热分析方法136
4.4.1外换热计算方法137
4.4.2内流换热计算方法139
4.4.3叶片温度场计算方法144
4.5多场耦合设计分析简介145
4.5.1涡轮部件的一维流体/二维固体流热耦合分析146
4.5.2气冷涡轮叶片的流热固耦合分析147
4.5.3空气系统网络与传热耦合分析148
4.6冷却仿真技术149
参考文献154
第5章涡轮结构设计
5.1设计依据156
5.1.1涡轮结构设计需求来源157
5.1.2涡轮结构设计原始数据158
5.1.3涡轮结构各阶段设计内容159
5.1.4涡轮结构设计输入输出159
5.2涡轮结构布局设计163
5.2.1涡轮结构布局综述163
5.2.2涡轮结构特点及影响其布局的因素163
5.2.3国外涡轮结构布局简介164
5.3涡轮材料与工艺172
5.3.1涡轮构件常用材料172
5.3.2涡轮构件典型制造工艺174
5.3.3涡轮新材料与新工艺的选用177
5.4涡轮静子结构设计178
5.4.1涡轮静子常用结构179
5.4.2涡轮导向器结构设计179
5.4.3涡轮机匣结构设计187
5.4.4涡轮后机匣结构设计197
5.5涡轮转子结构设计200
5.5.1涡轮转子的典型结构200
5.5.2涡轮转子叶片设计204
5.5.3涡轮盘设计230
5.5.4涡轮轴245
5.6“六性”设计249
5.6.1可靠性要求250
5.6.2维修性要求252
5.6.3保障性要求254
5.6.4测试性要求255
5.6.5安全性要求255
5.6.6环境适应性要求255
5.7结构强度仿真技术256
参考文献262
第6章涡轮试验验证
6.1试验验证规划263
6.2涡轮气动试验265
6.2.1平面叶栅试验265
6.2.2导向器环形叶栅吹风试验266
6.2.3涡轮级性能试验267
6.3涡轮传热试验269
6.3.1涡轮叶片流量特性试验269
6.3.2涡轮叶片冷却效果试验271
6.4涡轮结构强度试验275
6.4.1静强度试验275
6.4.2疲劳试验281
6.4.3包容性试验287
6.5涡轮环境适应性试验287
6.5.1抗腐蚀性试验288
6.5.2吞砂试验289
参考文献291
第7章涡轮先进设计技术展望
7.1多学科耦合设计技术293
7.1.1涡轮多学科耦合问题293
7.1.2多学科耦合问题的求解方法296
7.1.3涡轮多学科优化设计298
7.2先进气动设计技术302
7.2.1先进叶型设计技术302
7.2.2高载荷叶栅设计技术307
7.2.3端区设计技术309
7.3先进冷却设计技术312
7.3.1涡轮微尺度冷却理念介绍312
7.3.2微尺度气膜冷却技术315
7.3.3微尺度通道冷却技术318
7.3.4微尺度射流冲击冷却技术321
7.4先进结构强度设计技术324
7.4.1先进涡轮构型设计技术324
7.4.2先进涡轮强度设计技术326
7.4.3涡轮先进结构强度涉及的材料与制造技术328
参考文献332