陈懋章院士序
现代先进航空发动机设计研制难度非常大,这主要是以下诸因素造成的:一方面发动机工作条件极端恶劣而要求又极高;另一方面,这是多学科、多领域高度交织、融合的产业,而其中一些学科的基本理论尚未得到基本的解决,例如发动机内部流体的流态主要是湍流,而湍流理论至今基本没有得到解决。由于这些原因,发动机技术先进国家过去的技术途径是投入大量人力、物力、财力,进行大量试验研究,建立试验数据库,并以此为基础掌握经验关联规律,从而建立设计规范和准则。这是一条成功但很花钱的途径,至今仍是如此。所以航空发动机本质上是试验科学。
计算机的发明和计算科技的发展,逐步减轻了对试验的依赖,加快了研制进程,降低了风险,节约了成本,已成为非常强有力的工具,但至今未从根本上改变上述面貌。
发动机设计研制是一项复杂的系统工程。上述诸多问题在此工程中的表现主要是系统多环节的不确定性,例如湍流本质的非定常性所决定的流动性能特征的不确定性,飞行条件和大气条件的变化所引起的进气条件的不确定性(湍流度,压力、温度畸变度等),加工公差范围内的尺寸不确定性,材料性能的不确定性等等,对于具有诸多不确定性的对象按确定性理论进行设计,难以保证产品有最可能高的成功概率。
本书主要贡献之一是将不确定性理论以及与此相关的概率论、可信性理论等引入设计系统,这些理论非常适合发动机特点,发动机设计非常需要这些理论。这些理论的引入拓宽了科技工作者的理论视野,为将设计系统提高到一个新的高度提供了理论基础。这是特别值得称道的重要贡献。
本书内容新颖、丰富、详实,水平高,亮点多,系统性强,是几位既有很深学术造诣,又有丰富实践经验的学者呕心沥血的重要着作,我强烈推荐国家出版基金给予资助。
甘晓华院士序
航空发动机是飞机的“心脏”,它直接影响飞机的性能、可靠性及经济性,并被誉为现代工业“皇冠上的明珠”。航空发动机的工作环境(即高温、高压、高转速、高载荷)十分恶劣,发动机的设计研制是一项复杂的系统工程,它涉及到气动热力、结构强度、燃烧传热、材料工艺、自动控制等众多基础学科和工程技术领域,科学技术综合要求极高,是衡量一个国家综合科技水平、工业基础实力和经济的重要标志。
在过去的几十年里,国外一些航空工业强国都投入大量资金,建立了先进的试验研究基地,实施了一系列发动机研究计划,积累了雄厚的技术,使得发动机达到了今天的先进水平。与国外相比,我国在航空发动机的研制方面还有相当大的差距,系统讲述航空发动机各部件和整机设计方法的书籍也不多见。在我国大力发展航空动力的今天,科技工作者亟需这方面的书籍出版。我认为该专着的主要创新亮点如下:
(1)本书的最大特点是将不确定性数学理论引入到航空发动机的设计,这富有极大的创新性。尽管我国已出版了多部航空发动机手册,但所讲内容均属于确定性设计的范畴。
(2)该书系统地讲述了航空发动机五大部件(即压气机(含风扇)、燃烧室、涡轮、加力燃烧室、尾喷管)设计中所遇到的气动热力学、燃烧学、传热学等基础理论与方法。书中通过典型算例讨论了压气机、燃烧室、涡轮等部件的设计步骤,给出了发动机整机设计优化的策略。这对正在从事航空发动机设计的科技工作者来讲具有重要的指导意义。
(3)书中拓宽了航空发动机设计的内涵,提出了两层设计优化的理念:一层是进行航空发动机本身的设计优化,其中包括确定性多学科设计优化和不确定性多学科设计优化问题;另一层是对已经投入使用和飞行中的发动机要注意挖掘自身的潜力,在保证飞行安全的前提下进行发动机的在线实时控制、大力发展智能控制技术,开展在线性能寻优工作。
上述这些理论与创新开阔了设计工作者的视野,为新型发动机的设计奠定了理论基础。本书的四位作者都是经验十分丰富的航空发动机和燃气轮机领域内的资深专家和学科带头人,均具有丰富的理论和实践经验。
中国工程院院士
空军装备研究院总工程师
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