本書是一本從設計技術角度介紹航空發(fā)動機螺旋槳與槳扇設計的專著,具有比較強的針對性。本書涉及的主要內(nèi)容包括:設計要求與分析、氣動基本理論及設計原理、聲學預測理論及方法、氣動及聲學設計、縮尺槳氣動及聲學試驗驗證、噪聲適航符合性分析以及未來先進螺旋槳和槳扇發(fā)展趨勢等。本書旨在通過對螺旋槳與槳扇氣動設計方法及設計流程的介紹,使讀者對螺旋槳與槳扇的設計有一個系統(tǒng)的概念,有利于從事航空發(fā)動機螺旋槳與槳扇研發(fā)的相關人員更好的開展工作。
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航空發(fā)動機主持開展了傳動結構試驗器、高速螺旋錐齒輪試驗器、多功能主減速器試驗器等多項傳動實驗設備的技術研究與研發(fā)。獲國防科技進步二等獎2項,國防科技進步三等獎2項,國防技術發(fā)明獎一等獎1項,原中航工業(yè)集團科技進步技術一等獎1項,二等獎3項,三等獎6項,中國航發(fā)集團科技進步一等獎1項,三等獎1項。
目錄
第一章 概論/1
1.1 螺旋槳發(fā)展歷程/3
1.1.1 早期螺旋槳的發(fā)展/3
1.1.2 現(xiàn)代螺旋槳的發(fā)展與應用/4
1.2 槳扇技術的發(fā)展/5
1.2.1 高速螺旋槳/槳扇技術發(fā)展/5
1.2.2 先進對轉槳扇技術發(fā)展/6
1.3 我國螺旋槳/槳扇技術的發(fā)展現(xiàn)狀/7
1.4 目前槳扇技術水平及面臨的挑戰(zhàn)/8
1.5 槳扇的設計要求/10
第二章 對轉槳扇氣動設計理論和方法/11
2.1 基于渦流理論的對轉槳扇氣動設計方法/11
2.1.1 早期漢密爾頓槳扇氣動設計方法及流程簡介/11
2.1.2 基于渦流理論的對轉槳扇氣動設計理論/14
2.1.3 基于渦流理論的對轉槳扇氣動設計方法/20
2.2 基于升力線理論的對轉槳扇氣動設計方法/24
2.2.1 賽峰開式轉子氣動設計簡介/24
2.2.2 基于升力線理論的對轉槳扇氣動設計流程/27
2.2.3 基于升力線理論的對轉槳扇氣動設計理論和方法/28
2.2.4 基于CFD的對轉槳扇氣動設計修正方法/34
2.3 基于可壓升力面理論的對轉槳扇氣動設計方法/34
2.3.1 基于可壓升力面理論的對轉槳扇氣動設計流程/35
2.3.2 載荷分布設計理論及方法/35
2.3.3 單排槳扇反問題設計理論及方法/38
2.3.4 對轉槳扇反問題設計理論及方法/49
2.3.5 槳葉造型方法/54
2.4 基于壓氣機S2反問題理論的對轉槳扇氣動設計方法/56
2.4.1 基于壓氣機S2反問題理論的槳扇氣動設計原理/56
2.4.2 對轉槳扇二維設計基本控制方程/57
2.4.3 槳葉落后角及脫軌角的設計方法/60
第三章 對轉槳扇氣動聲學預測理論和方法/61
3.1 對轉槳扇的氣動聲源/61
3.1.1 螺旋槳的噪聲源/61
3.1.2 對轉槳扇的噪聲源/62
3.2 現(xiàn)代聲學理論的建立——萊特希爾聲類比理論/64
3.3 基于FWH方程的離散噪聲解析預測方法/67
3.3.1 FWH方程/67
3.3.2 基于FWH方程的時域噪聲預測方法/68
3.3.3 基于頻域FWH方程的開式轉子噪聲預測方法/69
3.3.4 基于頻域FWH方程的對轉槳扇噪聲預測方法/73
3.4 對轉槳扇的寬頻噪聲預測方法/78
3.4.1 轉子尾跡干涉寬頻噪聲/79
3.4.2 轉子尾緣寬頻噪聲/81
3.4.3 流動和尾跡參數(shù)的評估/81
第四章 對轉槳扇氣動性能和聲學設計/83
4.1 對轉槳扇氣動性能設計/84
4.1.1 設計參數(shù)選擇/84
4.1.2 可壓升力面法反問題計算/87
4.1.3 槳葉造型設計/88
4.2 對轉槳扇三維數(shù)值計算分析/88
4.2.1 三維數(shù)值計算方法/89
4.2.2 三維數(shù)值計算結果分析/92
4.3 對轉槳扇噪聲預測分析/96
4.3.1 對轉槳扇噪聲預測方法/96
4.3.2 對轉槳扇噪聲預測結果分析/97
4.4 參數(shù)對槳扇氣動性能影響規(guī)律分析/104
4.4.1 安裝位置/104
4.4.2 槳葉輪轂比/104
4.4.3 槳葉葉片數(shù)以及前后槳葉片數(shù)組合/105
4.4.4 槳葉直徑/107
4.4.5 槳葉弦長/108
4.4.6 槳葉后掠角/109
4.4.7 前后槳轉子直徑比/110
4.4.8 槳間軸向距離/111
4.4.9 轉速及轉速比/111
4.4.10 功率比/113
4.4.11 對轉槳扇氣動設計規(guī)律提煉與分析/114
4.5 參數(shù)對槳扇氣動噪聲影響規(guī)律分析/114
4.5.1 前、后排槳葉葉片數(shù)組合/115
4.5.2 槳葉直徑/116
4.5.3 槳葉弦長/117
4.5.4 槳葉后掠角/118
4.5.5 前后槳轉子直徑比/119
4.5.6 槳間軸向距離/121
4.5.7 對轉槳扇降噪規(guī)律提煉與分析/122
第五章 槳扇的氣動性能和聲學試驗/123
5.1 槳扇的氣動相似性/123
5.1.1 槳扇的氣動性能相似性/123
5.1.2 槳扇的氣動聲學相似性/127
5.1.3 槳扇風洞試驗常用的相似準則/129
5.2 氣動性能和聲學試驗設備/130
5.2.1 性能試驗風洞設備/130
5.2.2 聲學試驗風洞設備/132
5.2.3 槳扇風洞試驗的試驗件/133
5.3 螺旋槳與槳扇氣動性能測試與試驗技術/138
5.3.1 單排槳氣動性能測試方法/139
5.3.2 對轉槳扇性能測試方法/144
5.3.3 旋轉天平測量原理及校準方法/147
5.3.4 槳扇風洞性能試驗方法/154
5.3.5 螺旋槳和槳扇風洞試驗數(shù)據(jù)修正方法/156
5.3.6 槳扇典型性能試驗結果分析/158
5.4 槳扇氣動聲學測試與試驗技術/163
5.4.1 遠場噪聲和近場噪聲簡介/163
5.4.2 槳扇氣動聲學測量布置/164
5.4.3 槳扇聲學風洞試驗方法/164
5.4.4 槳扇原始聲學試驗數(shù)據(jù)修正/166
5.4.5 單頻噪聲和寬頻噪聲的分離方法/171
5.4.6 縮尺全尺寸槳扇噪聲變換/175
5.4.7 噪聲頻譜計算總聲壓級/178
5.4.8 槳扇典型聲學試驗結果分析/180
第六章 螺旋槳與槳扇的噪聲適航符合性分析/186
6.1 渦槳類飛機適航審定法規(guī)/186
6.1.1 國際民用航空組織噪聲適航法規(guī)/187
6.1.2 中國民用航空總局適航法規(guī)/188
6.2 靜態(tài)發(fā)動機噪聲數(shù)據(jù)映射至飛行條件/188
6.3 飛機的總噪聲/188
6.3.1 螺旋槳和槳扇氣動噪聲/190
6.3.2 渦槳發(fā)動機合成噪聲/191
6.3.3 渦槳類飛機的機體噪聲/192
6.4 飛機噪聲源與適航觀察點幾何關系和時間關系/193
6.4.1 飛機適航噪聲預測的規(guī)定飛行航跡/193
6.4.2 飛機聲源觀察點幾何關系/195
6.4.3 飛機聲源觀察點時間關系/197
6.4.4 飛機噪聲發(fā)射時間與接收時間關系/198
6.5 有效感覺噪聲級計算方法/198
6.5.1 感覺噪聲級(PNL)/198
6.5.2 單音修正感覺噪聲級(PNLT)/200
6.5.3 有效感覺噪聲級(EPNL)/202
6.6 螺旋槳和槳扇適航噪聲符合性案例分析/203
6.6.1 GE公司槳扇噪聲適航評估分析/203
6.6.2 動研所槳扇噪聲適航評估分析/206
第七章 未來先進螺旋槳/槳扇發(fā)展趨勢/208
7.1 槳扇關鍵技術研究及發(fā)展趨勢/209
7.1.1 高速螺旋槳/槳扇發(fā)動機總體設計技術/209
7.1.2 高推進效率、低噪聲對轉槳扇設計與優(yōu)化技術/210
7.1.3 對轉槳扇部件及槳扇發(fā)動機整機試驗技術/211
7.2 槳扇發(fā)動機技術及發(fā)展趨勢/214
7.2.1 對轉槳扇發(fā)動機/214
7.2.2 開式風扇發(fā)動機/215
7.2.3 槳扇翼身融合/217
7.3 未來城市空中交通技術及發(fā)展趨勢/218
7.3.1 涵道槳扇推進飛行器/219
7.3.2 傾轉螺旋槳推進飛行器/220
7.3.3 傾轉分布式螺旋槳和涵道槳推進飛行器/222
7.3.4 垂直與水平復合式推進飛行器/225
7.3.5 未來城市空中交通發(fā)展展望/226
參考文獻/227