作為創(chuàng)新型國家的標志工程,大型飛機研制重大科技專項已于2007年2月由國務院正式批準立項。為了對該項重大工程提供技術支持,2008年5月,上海交通大學出版社醞釀大飛機出版工程,并得到了國家出版基金資助,現(xiàn)已正式立項。航空發(fā)動機系列叢書是大飛機出版工程的組成部分。
航空發(fā)動機為飛機提供動力,是飛機的心臟,是航空工業(yè)的重要支柱,其發(fā)展水平是一個國家綜合國力、工業(yè)基礎和科技水平的集中體現(xiàn),是國家重要的基礎性戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè),被譽為現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠。建國以來,發(fā)動機行業(yè)受到國家的重視,從無到有,取得了長足的進步,但與航空技術先進國家相比,我們?nèi)杂休^大差距,討厭的東西同心臟病的問題,仍很嚴重,這已引起國家高度重視,正采取一系列有力措施,提高科學技術水平,加快發(fā)展進程。
航空發(fā)動機經(jīng)歷了活塞式發(fā)動機和噴氣式發(fā)動機兩個發(fā)展階段。在第二次世界大戰(zhàn)期間,活塞式發(fā)動機技術日臻成熟,已達到很高水平,但由于其功率不能滿足對飛行速度不斷提高的要求,加之螺旋槳在高速時尖部激波使效率急劇下降,也不適合高速飛行,這些技術方面的局限性所帶來的問題表現(xiàn)得日益突出,客觀上提出了對發(fā)明新式動力裝置的要求。在此背景下,1937年,英國的Frank Whittle, 1939年德國的von Ohain在相互隔絕的情況下,先后發(fā)明了噴氣式發(fā)動機,宣布了噴氣航空新時代的來臨。噴氣發(fā)動機的問世,在很短的時間內(nèi)得到了飛速發(fā)展,在很大程度上改變了人類社會的各個方面,對科學技術進步和人類生活產(chǎn)生了深遠的影響。
噴氣式發(fā)機是燃氣渦輪發(fā)動機的一種類型,自其問世以來,已出現(xiàn)了適用于不 同用途的多種類型,得到了長足的發(fā)展。在20世紀下半葉,它已占據(jù)航空動力裝置的統(tǒng)治地位,預計起碼到21世紀上半葉,這種地位不會改變。現(xiàn)在一般所說的航空發(fā)動機都是指航空然氣渦輪發(fā)動機。本系列叢書只包含與這種發(fā)動機有關的內(nèi)容。
現(xiàn)代大型客機均采用大涵道比渦輪風扇發(fā)動機,它與用于戰(zhàn)斗機的小涵道比發(fā)動機有一定區(qū)別,特別是前者在低油耗、低噪聲、低污染排放、高可靠性、長壽命等方面有更高的要求,但兩者的基本工作原理、技術等有很大的共同性,所以除了必須指明外,本系列叢書不再按大、小涵道比（或軍、民用）分類型論述。

航空發(fā)動機的特點是工作條件惡劣而使用要求又非常之高。航空發(fā)動機是在高溫、高壓、高轉速特別是很快的加減速瞬變造成應力和熱負荷高低周交變的條件下工作的。以高溫為例,目前先進發(fā)動機渦輪前燃氣溫度高達1800～2000K,而現(xiàn)代三代單晶高溫合金耐溫為1376K；這600多度的溫度差跑只能靠復雜的葉片冷卻技術和隔熱涂層技術解決。發(fā)動機轉速高達10000~60000r/min,對應的離心加速度約為100000g的量級,承受如此高溫的葉片在如此高的離心負荷下要保證安全、可靠、長壽命工作,難度無疑是非常之高的。
航空發(fā)動機是多學科交融的高科技產(chǎn)品,涉及氣動力學、固體力學、熱力學、傳熱學、燃燒學、機械學、自動控制、材料學、加工制造等多個學科。這些學科的科學問題,經(jīng)科學家們長期的艱苦探索、研究,已取得很大成就,所建立的理論體系,可以基本反映客觀自然規(guī)律,并用以指導航空發(fā)動機的工程設計研制。這是本系列叢書的基本內(nèi)容。但是必須指出,由于許多科學問題,至今尚未得到根本解決,有的甚至基本未得到解決,加之多學科交叉,大大增加了問題的復雜性,人們現(xiàn)在還不能完全靠理論解決工程研制問題。以流動問題為例,氣流流過風扇、壓氣機、燃燒室、渦輪等部件,幾何邊界條件復雜,流動性質為強三維、固有非定常、包含轉捩過程的復雜湍流流動,而湍流理論至今基本未得到解決,而且在近期看不見根本解決的前景。其他的學科也在不同程度上存在類似情況。
由于諸多科學問題還未得到很好解決,而客觀上又對發(fā)展這種產(chǎn)品有迫切的需求,人們不得不繞開復雜的科學問題,通過大量試驗,認識機理,發(fā)現(xiàn)規(guī)律,獲取知
識,以基本理論為指導,理論與試驗數(shù)據(jù)結合,總結經(jīng)驗關系,制訂各種規(guī)范……并以此為基礎研制發(fā)動機。在認識客觀規(guī)律的過程中,試驗不僅起著揭示現(xiàn)象、探索機理的作用,也是檢驗理論的終手段。短短七八十年,航空發(fā)動機取得如此驚人的成就,其基本經(jīng)驗和技術途徑就是如此。
總之,由于科學問題未得到很好解決,多學科交叉的復雜性,加之工作條件惡劣而使用要求又非常之高的特點,使得工程研制的技術難度很大,這些因素決定了航空發(fā)動機發(fā)展必須遵循以大量試驗為支撐的技術途徑。
隨著計算機和計算數(shù)學的發(fā)展,計算流體力學、計算固體力學和計算傳熱學、計算燃燒學等取得了長足的進展,為深入認識發(fā)動機內(nèi)部復雜物理機理、優(yōu)化設計和加速工程研制進程、逐步減少對試驗的依賴起著非常重要的作用。但是由于上述諸多科學問題尚未解決,純理論的數(shù)值計算不能完全準確反映客觀真實,因而不能完全據(jù)此進行工程研制。目前先進國家的做法,仍是依靠以試驗數(shù)據(jù)為基礎建立起來的經(jīng)驗關聯(lián)關系。在數(shù)值技術高度發(fā)展的今天,人們正在做出很大的努力,利用試驗數(shù)據(jù)庫修正純理論的數(shù)值程序,以期能在工程研制中發(fā)揮更大作用。
錢學森先生曾提出技術科學的概念,它是搭建科學與工程之間的橋梁。航空發(fā)動機是典型的技術科學。而以試驗為支撐的理論、經(jīng)驗關系、設計準則和規(guī)范等則是構建此橋梁的水泥、磚石。
對于航空發(fā)動機的科學、技術與工程之間的關系及其現(xiàn)狀的上述認識將反映在本系列叢書中,并希望得到讀者的認同和注意。
發(fā)動機系列叢書涵蓋總體性能、葉輪機械、燃燒、傳熱、結構、固體力學、自動控制、機械傳動、試驗測試、適航等專業(yè)方向,力求達到學科基本理論的系統(tǒng)性,內(nèi)容的相對完整性,并適當結合工程應用。叢書反映了學科的近期和未來的可能發(fā)展,注意包含相對成熟的先進內(nèi)容。
本系列叢書的編委會由來自高等學校、科研院所和工業(yè)部門的教師和科技工作者組成,他們都有很高的學術造詣,豐富的實際經(jīng)驗,掌握全局,了解需求,對于形成系列叢書的指導思想,確定叢書涵蓋的范圍和內(nèi)容,審定編寫大綱,保證整個叢書質量,發(fā)揮了不可替代的重要作用。我對他們接受編委會的工作,并做出了重要貢獻 表示衷心感謝。
本系列叢書的編著者均有很高的學術造詣,理論功底深厚,實際經(jīng)驗豐富,熟悉本領域國內(nèi)外情況,在業(yè)內(nèi)得到了高度認可,享有很高的聲望。我很感謝他們接受邀請,用他們的學識和辛勤勞動完成本系列叢書。在編著中他們?nèi)谌肓俗约洪L期教學科研生涯中獲得的經(jīng)驗、發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新,形成了本系列叢書的特色,這是難能可貴的。
本系列叢書以從事航空發(fā)動機專業(yè)工作的科技人員、教師和與此專業(yè)相關的研究生為主要對象,也可作為本科生的參考書,但不是本科教材。希望本叢書的出版能夠有益于航空發(fā)動機專業(yè)人才的培養(yǎng),有益于提高行業(yè)科學技術水平,有益于航空工業(yè)的發(fā)展,為中國航空事業(yè)做出貢獻。

2013年12月