吸气式发动机原理
课程编码：180215082502P3001H
英文名称：Air-Breathing Engines Theory
课时：60
学分：3.00
课程属性：专业课
主讲教师：赵巍等
教学目的要求
本课程是航空宇航科学与技术学科的专业基础课，主要讲述航空发动机与空天发动机的基本结构、工作原理和性能分析方法。通过本课程学习，研究生将掌握：1、航空发动机分类方法及性能指标；2、航空发动机理想和实际的循环分析、推力和效率；3、航空发动机性能分析和部件设计，包括进排气和扩压器流量变化特征、燃烧室和喷嘴以及压气机和涡轮分析等；4、空天发动机分类方法及性能指标；5、空天发动机部件建模 及性能分析方法；6、涡轮、冲压和火箭发动机及其组合循环发动机的工作原理、结构组成、匹配方法及性能特点；7、空天发动机直连式和自由射流试验。本课程将促进研究生利用热力学理论透彻认识航空与空天发动机基本原理，通过对比分析熟悉航空及空天发动机性能特点，掌握航空及空天发动机总体性能设计与优化方法，为培养航空宇航推进系统专业人才奠定基础。
预修课程
流体力学，工程热力学
大纲内容
第一章 航空发动机概述（英文授课） 3学时 张燕峰
第1节 航空发动机及燃气轮机概述
第2节 质量和动量守恒
第3节 推力、推进效率、比冲和燃油消耗率
第4节 航空发动机的任务需求及发展趋势
第二章 循环分析及发动机性能（英文授课） 10学时 张燕峰
第1节 布雷顿循环概述
第2节 理想循环
第3节 非理想循环
第4节 发动机性能（随堂测试1）
第5节 循环分析：涡喷发动机
第6节 循环分析：涡扇发动机
第7节 循环分析：涡桨/涡轴发动机
第8节 涡喷发动机、涡扇发动机和涡桨/涡轴发动机性能及实例（随堂测试2）
第9节 整机性能
第三章 航空发动机部件（英文授课） 13学时 张燕峰
第1节 进气道
第2节 喷管
第3节 燃烧室
第4节 轴流压气机及风扇
第5节 轴流涡轮
第6节 涡轮效率、动力学和应力
第7节 涡轮性能和冷却（随堂测试4）
第四章 航空发动机部件匹配（英文授课） 4学时 张燕峰
第1节 部件匹配
第2节 先进研究方向
第五章 空天发动机概述 3学时 赵巍
第1节 火箭、冲压、涡轮等发动机及其组合动力的发展历程
第2节 空天动力分类方法
第3节 比冲、单位推力和推进效率等性能指标定义方法
第4节 空天发动机任务需求及发展趋势
第六章 空天发动机基本构成 4学时 赵巍
第1节 发动机工作环境中温度、压力随飞行高度的变化规律
第2节 燃料、氧化剂和燃气的热物理性质和建模方法
第七章 冲压发动机 3学时 赵巍
第1节 冲压发动机基本工作原理
第2节 冲压发动机进气道、燃烧室和尾喷管等结构组成的工作原理和性能特点
第3节 冲压发动机性能随飞行速度、高度和燃烧温度改变的变化规律
第4节 超燃冲压发动机工作原理与性能特点
第八章 涡轮冲压组合发动机 3学时 赵巍
第1节 串/并联涡轮冲压组合发动机(TBCC)基本工作原理
第2节 变几何模态转换方法
第九章 火箭发动机 10学时 赵巍
第1节 固体、液体火箭发动机的基本工作原理
第2节 火箭发动机推力室、涡轮泵和尾喷管等结构组成的工作原理和性能特点
第3节 火箭推进剂的分类和存储条件
第4节 液体火箭发动机的性能分析方法
第十章 组合循环发动机 5学时 赵巍
第1节 燃气发生器式和膨胀式空气冲压涡轮火箭发动机基本工作原理
第2节 空气涡轮火箭发动机部件匹配准则和方法
第3节 协同吸气火箭发动机基本工作原理
第4节 协同吸气火箭发动机性能特点
第十一章 试验测试 2学时 赵巍
第1节 直连式试验的原理与方法
第2节 自由射流试验的原理与方法
教材信息
1、
Gas Turbine Theory
Saravanamuttoo H.I.H., Rogers G.F.C.、 Straznicky Paul, Cohen H.
2017
Pearson Education Limited
参考书
1、
Jet Propulsion: A Simple Guide to the Aerodynamic and Thermodynamic Design and Performance of Jet Engines
@Aircraft Engines and Gas Turbines
@The Jet Engine
@Fundamentals of Jet Propulsion with Applications
@Theory of Aerospace Propulsion
@Hypersonic Airbreathing Propulsion
@航空发动机原理
@液体火箭发动机设计
U. Mehta
@廉筱纯，吴虎
@蔡国飙，李家文，田爱梅，张黎辉
2015
@1992@2015
@2010
@2016
@1994
@2005
@2011
Cambridge University Press
@The MIT Press
@Wiley
@Cambridge University Press
@Butterworth-Heinemann
@AIAA
@西北工业大学出版社
@北京航空航天大学出版社
课程教师信息
张燕峰，研究员。目前担任GF科技创新团队核心成员，中国空气动力学会计算空气动力学专业委员会委员。 主要研究方向：围绕先进航空发动机研制过程中的基础科学需求，长期从事高热负荷高压涡轮、超紧凑过渡段、高负荷低压涡轮流动机理及设计方法，叶轮机械气动弹性（颤振、非同步、强迫响应）机理及抑制方法，叶轮机械非定常流场先进测试方法，高精度流固耦合计算与气动优化等研究，并取得了一系列重要的研究成果。 学术成绩介绍： 主持承担了航空发动机及燃气轮机重大专项基础研究、民用飞机专项科研项目、国家自然科学基金面上项目、以及中科院国际合作重点等国家级/省部级科研项目12项。结合项目研究，发表学术论文50余篇，其中SCI索引30余篇，授权国家发明专利27件；先后获得国家科技进步二等奖、国防技术发明奖二等奖，国防科技工业突出贡献奖，中科院杰出科技成就奖，吴仲华优秀青年学者奖等多项奖励。
赵巍，研究员。担任JKW重点项目副总师、爆震与新型推进专业委员会委员。 在航空发动机、组合循环发动机总体性能和轴流叶轮机械气动设计等方向开展研究工作。 负责“两机”专项基础研究项目、国家重点研发计划课题、国家自然科学基金面上及青年项目和中科院重点部署项目课题等项目。获军队科技进步奖二等奖2项和研究所首届“青年突出贡献奖二等奖”。发表SCI/EI论文30余篇，授权发明与国防专利20余项。