航空涡扇发动机多目标多学科设计优化方法

　　《航空涡扇发动机多目标多学科设计优化方法》一书分四篇16章深入探讨了航空发动机的设计方法，是献给工程热物理学家吴仲华先生和陈乃兴先生的一部学术专著，是《人机系统方法学》的姊妹篇。书中基于发动机气动热力学理论以及现代优化的数学方法，提出了一整套航空涡扇发动机考虑确定性和不确定性影响时多目标多学科设计优化的新框架，从这个意义上讲该书填补了我国在这一领域的学术空白。 本书可作为从事航空航天动力工程以及燃气轮机相关专业工程技术人员进行产品设计的指导用书，也可作为高等院校航空发动机以及燃气轮机专业研究生的学位课教材或者高年级本科生的教学参考书。

　　四位作者都是经验十分丰富的航空发动机和燃气轮机界的专家和学科带头人。 本书作者王保国教授2007年荣获“北京市教学名师”荣誉称号，曾长期担任“流体力学”、“工程热物理”、“人机与环境工程”三个学科的首席教授和学科带头人。他是中国科学院研究生院（现更名中国科学院大学）1978年首届研究生，曾先后拜工程热物理学家吴仲华先生和陈乃兴先生、航天气动热力学专家卞荫贵先生为师，在航空发动机内流和航天器外流的气动热力学领域经历了长达40余年科研与教学工作的锤炼，积累了十分坚实的理论基础，再加上他在原航空工业部和中国科学院直接参加过涡喷和涡扇两大类型航空发动机的改型设计与研制，在中国航空研究院担任气动热力学高级顾问并参加了其他新型航空发动机的研制工作。 本书的另外三位作者黄伟光研究员、徐燕骥高工和谭春青研究员也主持和承担了多项国家863计划项目和国家973计划项目，分别担任首席科学家和项目负责人。他们率领的中科院上海高等研究院燃气轮机基地、新喆机电公司燃气轮机基地以及中科合肥微小型燃气轮机研究院分别荣获了多项奖项、取得了丰硕的科研成果，三个基地都具有较完备的整机性能试车和部件试验的设备平台，能够完成相关的车台和部件试验。

序
前 言
第1章 航空发动机以及设计方法的发展
1.1 涡喷、涡扇以及变循环发动机发展的简况
1.2 多目标多学科设计优化方法的提出及其进展
1.3 多目标多学科设计优化问题面临的机遇与挑战
1.4 本书的主要内容
第一篇 发动机设计中的综合集成方法及“软系统”评价
第2章系统学的思想以及综合集成方法
2.1 系统科学和系统学的创建及其基本发展框架
2.2航空发动机的研制与系统工程之间的关联
2.3钱学森综合集成方法及其优化策略
2.4发动机的多级优化策略以及CSD方法
第3章系统评价指标以及“软系统”评价的几种方法
3.1 发动机系统工程中的“硬系统”和“软系统”
3.2系统评价的主要指标
3.3航空发动机性能评价的指标
3.4 “软系统”评价的几种方法
第二篇 三元流动理论的基础以及几种算法的典型算例
第4章叶轮机械三元流动理论的基础
4.1 场论与张量计算基础
4.2 物理场在两类坐标系中的转换
4.3 积分型与微分型三元流动理论的基本方程
4.4 热力学特征函数以及函数行列式
4.5绝对坐标系中N-S方程组的强守恒与弱守恒型
4.6相对坐标系中N-S方程组及广义Bernoulli方程
4.7吴仲华的两类流面交叉迭代及三元流动理论
4.8 对一组含转子焓与熵方程组的讨论
4.9三维空间中两类流面的流函数主方程以及拟流函数
第5章 叶轮机械中的两类流面迭代与三维直接解法
5.1 叶轮机械气动计算与设计的发展进程
5.2 S1流面的基本方程及跨声流函数方程的数值解
5.3 S2流面的基本方程以及跨声速S2流面的数值解
5.4 两类流面跨声速准三元的迭代解
5.5 两类流面跨声速全三元的迭代解
5.6 叶轮机械定常与非定常计算的直接解法
5.7 可压缩湍流的RANS与DES分析法
5.8 小波多分辨奇异分析方法及其典型算例
5.9 流动转捩问题以及RANS和LCTM的耦合求解
第三篇 发动机设计的现代优化理论及统筹优化方法
第6章 确定性优化的理论与算法
6.1 典型确定性多目标优化决策模型存在的问题
6.2系统优化与子系统之间的关系
6.3设计空间中常用的四类搜索策略
6.4 高维多目标优化的PCA-NSGAⅡ降维算法
第7章 不确定性优化的理论与方法
7.1 Chebyshev问题的单目标规划处理
7.2随机多目标规划的期望值模型
7.3模糊多目标线性规划和非线性规划的模型与解法
7.4 三大类多目标数学规划模型的对比与分析
第8章 统筹优化方法及统计试验设计方法
8.1 华罗庚的统筹优化方法以及产生的重大影响
8.2 单变量的一维搜索和多变量函数的寻优搜索方法
8.3 正交设计、均匀设计以及序贯均匀设计
8.4 基于试验设计与响应面模型的叶型寻优GPAM策略
第四篇 涡扇发动机的现代设计方法以及多目标协同优化
第9章 涡扇发动机设计状态参数选择的基本分析
9.1 几代涡扇发动机的主要性能参数
9.2 AAF的任务剖面及AAF设计点的选择
9.3 四种典型发动机的理想热力循环分析
9.4 涡扇内外涵道间循环功的最佳分配
9.5 混合排气加力涡扇设计点的热力计算与分析
9.6 分别排气涡扇设计点的热力分析
第10章 发动机非设计点性能计算的几种方法
10.1 基于部件性能的发动机特性通用计算方法
10.2 混合排气涡扇发动机特性的近似计算方法
10.3分别排气涡扇发动机特性的近似计算方法
第11章 压气机/风扇的气动设计基础和设计优化
11.1 轮缘功的多种表达形式
11.2 压气机中绝热效率与多变效率间的关系
11.3 气动设计中增压比和效率的选择
11.4 轴流压气机/风扇的初步气动设计
11.5 压气机部件的设计优化
第12章 燃烧与传热的理论基础以及主燃烧室的气动设计
12.1 气动力学突跃面的分类以及一维燃烧波的分析
12.2 多组元气相粘性反应流的基本方程组
12.3 单相与两相可压缩湍流燃烧的大涡模拟技术
12.4 模拟燃烧问题的非定常高分辨率高精度算法
12.5 燃烧室气动设计的几个基础问题
第13章 涡轮部件的气动设计以及内部流动的控制
13.1 涡轮叶片的几种造型方法
13.2 叶片的弯、掠、扭三维复合造型技术
13.3 叶型负荷以及叶栅四种效率的计算
13.4 高压涡轮的气动特点以及求解的基本方程
13.5 涡轮气动损失模型和冷气掺混损失模型
13.6 寂静效应与时序效应以及工程应用
13.7 低维设计空间中涡轮造型与气动参数的筛选
13.8 涡轮部件气动初步设计的全过程
第14章 加力燃烧室的气动设计与振荡燃烧的抑制
14.1 描述加力燃烧室的主要参数
14.2 火焰稳定器的稳定判据
14.3 三种典型火焰稳定器
14.4 振荡燃烧的机理分析与抑制措施
14.5 主燃烧室和加力燃烧室污染物及其分析
14.6 带加力燃烧室的涡喷发动机性能计算
14.7 涡轮—加力燃烧室—尾喷管之间的匹配
14.8 湍流燃烧诊断的3种高精度方法
第15章 尾喷管中辐射输运方程的计算和喷流噪声的高效算法
15.1 均匀与非均匀折射率介质中的辐射输运方程
15.2 辐射输运方程的有限体积法及其与能量方程的耦合求解
15.3 全光谱K分布辐射输运方程的求解以及典型校核算例
15.4 大梯度时混合气体的MSMG全光谱K分布方法
15.5 降低飞行器和尾喷管光辐射的几种主要途径
15.6 K-ε模型和LRR-ω雷诺应力模型
15.7 伴随Green函数法及其求解中的关键问题
15.8 湍流喷流各向异性噪声源的物理建模
第16章 航空发动机部件的优化以及整机的优化策略
16.1 参数化设计空间以及Nash系统分解法
16.2 改进的Pareto遗传算法
16.3 Nash-Pareto策略
16.4 Nash-Pareto-RSOW算法
16.5 Nash-Pareto-RS算法
16.6 连续型或离散型伴随方法的构建过程
16.7 混合不确定性条件下的优化策略和关键算法
16.8 航空发动机整机优化的策略和主要框图
参考文献