熱能工程研究院所，航空航天部門及院校、研究院所重點北京、上海、瀋陽、貴陽、成都、西安、株洲等發動機基地城市，以及東北、西南、西北航天航空研發基地等。 2019年國家出版基金項目 航空發動機的設計與制造是一項復雜的繫統工程，本書針對航空渦扇發動機設計時遇到的確定性和不確定性問題，提出了一整套多目標多學科設計優化的新方法。 本書作者王保國教授，先後師從吳仲華院士、陳乃興先生及卞蔭貴先生；從事航空發動機內流和航天器外流的氣動熱力學科研與教學工作長達40餘年；長期擔任“流體力學”“工程等

●序 前 言 第1章 航空發動機以及設計方法的發展1.1 渦噴、渦扇以及變循環發動機發展的簡況1.2 多目標多學科設計優化方法的提出及其進展1.3 多目標多學科設計優化問題面臨的機遇與挑戰1.4 本書的主要內容第一篇 發動機設計中的綜合集成方法及“軟繫統”評價第2章繫統學的思想以及綜合集成方法2.1 繫統科學和繫統學的創建及其基本發展框架2.2航空發動機的研制與繫統工程之間的關聯2.3錢學森綜合集成方法及其優化策略2.4發動機的多級優化策略以及CSD方法第3章繫統評價指標以及“軟繫統”評價的幾種方法3.1 發動機繫統工程中的“硬繫統”和“軟繫統”3.2繫統評價的主要指標3.3航空發動機性能評價的指標3.4 “軟繫統”評價的幾種方法第二流動理論的基礎以及幾種算法的典型算例第4章葉輪流動理論的基礎4.1 場論與張量計算基礎4.2 物理場在兩類坐標繫中的轉換4.3 積分型與微流動理論的基本方程4.4 熱力學特征函數以及函數行列式4.5絕對坐標繫中N-S方程組的強守恆與弱守恆型4.6相對坐標繫中N-S方程組及廣義Bernoulli方程4.7吳仲華的兩類流面交叉迭流動理論4.8 對一組含轉子焓與熵方程組的討論4.9三維空間中兩類流面的流函數主方程以及擬流函數第5章 葉輪機械中的兩類流面迭代與三維直接解法5.1 葉輪機械氣動計算與設計的發展進程5.2 S1流面的基本方程及跨聲流函數方程的數值解5.3 S2流面的基本方程以及跨聲速S2流面的數值解5.4 兩類流面跨聲的迭代解5.5 兩類流面跨聲的迭代解5.6 葉輪機械定常與非定常計算的直接解法5.7 可壓縮湍流的RANS與DES分析法5.8 小波多分辨奇異分析方法及其典型算例5.9 流動轉捩問題以及RANS和LCTM的耦合求解第三篇 發動機設計的現代優化理論及統籌優化方法第6章 確定性優化的理論與算法6.1 典型確定性多目標優化決策模型存在的問題6.2繫統優化與子繫統之間的關繫6.3設計空間中常用的四類搜索策略6.4 高維多目標優化的PCA-NSGAⅡ降維算法第7章 不確定性優化的理論與方法7.1 Chebyshev問題的單目標規劃處理7.2隨機多目標規劃的期望值模型7.3模糊多目標線性規劃和非線性規劃的模型與解法7.4 三大類多目標數學規劃模型的對比與分析第8章 統籌優化方法及統計試驗設計方法8.1 華羅庚的統籌優化方法以及產生的重大影響8.2 單變量的一維搜索和多變量函數的尋優搜索方法8.3 正交設計、均勻設計以及序貫均勻設計8.4 基於試驗設計與響應面模型的葉型尋優GPAM策略第四篇 渦扇發動機的現代設計方法以及多目標協同優化第9章 渦扇發動機設計狀態參數選擇的基本分析9.1 幾代渦扇發動機的主要性能參數9.2 AAF的任務剖面及AAF設計點的選擇9.3 四種典型發動機的理想熱力循環分析9.4 渦扇內外涵道間循環功的很好分配9.5 混合排氣加力渦扇設計點的熱力計算與分析9.6 分別排氣渦扇設計點的熱力分析第10章 發動機非設計點性能計算的幾種方法10.1 基於部件性能的發動機特性通用計算方法10.2 混合排氣渦扇發動機特性的近似計算方法10.3分別排氣渦扇發動機特性的近似計算方法第11章 壓氣機/風扇的氣動設計基礎和設計優化11.1 輪緣功的多種表達形式11.2 壓氣機中絕熱效率與多變效率間的關繫11.3 氣動設計中增壓比和效率的選擇11.4 軸流壓氣機/風扇的初步氣動設計11.5 壓氣機部件的設計優化第12章 燃燒與傳熱的理論基礎以及主燃燒室的氣動設計12.1 氣動力學突躍面的分類以及一維燃燒波的分析12.2氣相粘性反應流的基本方程組12.3 單相與兩相可壓縮湍流燃燒的大渦模擬技術12.4 模擬燃燒問題的非定常高分辨率高精度算法12.5 燃燒室氣動設計的幾個基礎問題第13章 渦輪部件的氣動設計以及內部流動的控制13.1 渦輪葉片的幾種造型方法13.2 葉片的彎、掠、扭三維復合造型技術13.3 葉型負荷以及葉柵四種效率的計算13.4 高壓渦輪的氣動特點以及求解的基本方程13.5 渦輪氣動損失模型和冷氣摻混損失模型13.6 寂靜效應與時序效應以及工程應用13.7 低維設計空間中渦輪造型與氣動參數的篩選13.8 渦輪部件氣動初步設計的全過程第14章 加力燃燒室的氣動設計與振蕩燃燒的抑制14.1 描述加力燃燒室的主要參數14.2 火焰穩定器的穩定判據14.3 三種典型火焰穩定器14.4 振蕩燃燒的機理分析與抑制措施14.5 主燃燒室和加力燃燒室污染物及其分析14.6 帶加力燃燒室的渦噴發動機性能計算14.7 渦輪—加力燃燒室—尾噴管之間的匹配14.8 湍流燃燒診斷的3種高精度方法第15章 尾噴管中輻射輸運方程的計算和噴流噪聲的高效算法15.1 均勻與非均勻折射率介質中的輻射輸運方程15.2 輻射輸運方程的有限體積法及其與能量方程的耦合求解15.3 全光譜K分布輻射輸運方程的求解以及典型校核算例15.4 大梯度時混合氣體的MSMG全光譜K分布方法15.5 降低飛行器和尾噴管光輻射的幾種主要途徑15.6 K-ε模型和LRR-ω雷諾應力模型15.7 伴隨Green函數法及其求解中的關鍵問題15.8 湍流噴流各向異性噪聲源的物理建模第16章 航空發動機部件的優化以及整機的優化策略16.1 參數化設計空間以及Nash繫統分解法16.2 改進的Pareto遺傳算法16.3 Nash-Pareto策略16.4 Nash-Pareto-RSOW算法16.5 Nash-Pareto-RS算法16.6 連續型或離散型伴隨方法的構建過程16.7 混合不確定性條件下的優化策略和關鍵算法16.8 航空發動機整機優化的策略和主要框圖參考文獻

本書分四篇16章深入探討了航空發動機的設計方法，是獻給工程熱物理學家吳仲華先生和陳乃興先生的一部學術專著，是《人機繫統方法學》的姊妹篇。書中基於發動機氣動熱力學理論以及現代優化的數學方法，提出了一整套航空渦扇發動機考慮確定性和不確定性影響時多目標多學科設計優化的新框架，從這個意義上講該書填補了我國在這一領域的學術空白。本書可作為從事航空航天動力工程以及燃氣輪機相關專業工程技術人員進行產品設計的指導用書，也可作為高等院校航空發動機以及燃氣輪機專業研究生的學位課教材或者高年級本科生的教學參考書。

王保國 黃偉光 徐燕驥 譚春青 著

本書共分四篇16章繫統地給出了從航空發動機主要部件（即壓氣機、燃燒室、渦輪、加力燃燒室、尾噴管）到發動機整機的設計優化過程，給出了進行確定性多學科設計優化和不確定性多學科設計優化時所需要的現代優化理論和統籌優化方法。特別強調了華羅庚先生的統籌優化方法和統計試驗設計方法，強調了錢學森先生的繫統科學，尤其是繫統學的思想和綜合集成方法。在進行航空發動機部件和整機的流場計算與氣動設計中，強調了吳仲華先生的S1與S2流面理論，強調了兩類流面間的交叉迭代，強調了從低維設計空間到高維設計空間中吳先流理論所發揮的重大作用。強調了Jameson提出的伴隨方法在進行葉片的彎、掠、扭三維復合造型、機匣端壁面的精細設計以及考慮寂靜效應、時序效應非定常設計時所起到的十分關鍵的作用。另外，考慮到廣大讀者，尤其是在校的博士生、碩士生和高年級本科生，他（她）們迫切希望了解航空發動機設計與研制的全貌、迫切渴望了解發等