作為創(chuàng)新型國家的標(biāo)志工程,大型飛機(jī)研制重大科技專項(xiàng)已于2007年2月由國務(wù)院正式批準(zhǔn)立項(xiàng)。為了對(duì)該項(xiàng)重大工程提供技術(shù)支持,2008年5月,上海交通大學(xué)出版社醞釀大飛機(jī)出版工程,并得到了國家出版基金資助,現(xiàn)已正式立項(xiàng)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)系列叢書是大飛機(jī)出版工程的組成部分。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)為飛機(jī)提供動(dòng)力,是飛機(jī)的心臟,是航空工業(yè)的重要支柱,其發(fā)展水平是一個(gè)國家綜合國力、工業(yè)基礎(chǔ)和科技水平的集中體現(xiàn),是國家重要的基礎(chǔ)性戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè),被譽(yù)為現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠。建國以來,發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)受到國家的重視,從無到有,取得了長足的進(jìn)步,但與航空技術(shù)先進(jìn)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(yán)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(xué)技術(shù)水平,加快發(fā)展進(jìn)程。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)歷了活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)和噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)兩個(gè)發(fā)展階段。在第二次世界大戰(zhàn)期間,活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)日臻成熟,已達(dá)到很高水平,但由于其功率不能滿足對(duì)飛行速度不斷提高的要求,加之螺旋槳在高速時(shí)尖部激波使效率急劇下降,也不適合高速飛行,這些技術(shù)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(duì)發(fā)明新式動(dòng)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(dòng)機(jī),宣布了噴氣航空新時(shí)代的來臨。噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的問世,在很短的時(shí)間內(nèi)得到了飛速發(fā)展,在很大程度上改變了人類社會(huì)的各個(gè)方面,對(duì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和人類生活產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。
噴氣式發(fā)機(jī)是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)下半葉,它已占據(jù)航空動(dòng)力裝置的統(tǒng)治地位,預(yù)計(jì)起碼到21世紀(jì)上半葉,這種地位不會(huì)改變�，F(xiàn)在一般所說的航空發(fā)動(dòng)機(jī)都是指航空然氣渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。本系列叢書只包含與這種發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)的內(nèi)容。
現(xiàn)代大型客機(jī)均采用大涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī),它與用于戰(zhàn)斗機(jī)的小涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)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(shù)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(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是工作條件惡劣而使用要求又非常之高。航空發(fā)動(dòng)機(jī)是在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速特別是很快的加減速瞬變?cè)斐蓱?yīng)力和熱負(fù)荷高低周交變的條件下工作的。以高溫為例,目前先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前燃?xì)鉁囟雀哌_(dá)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(fù)雜的葉片冷卻技術(shù)和隔熱涂層技術(shù)解決。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá)10000~60000r/min,對(duì)應(yīng)的離心加速度約為100000g的量級(jí),承受如此高溫的葉片在如此高的離心負(fù)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(dòng)機(jī)是多學(xué)科交融的高科技產(chǎn)品,涉及氣動(dòng)力學(xué)、固體力學(xué)、熱力學(xué)、傳熱學(xué)、燃燒學(xué)、機(jī)械學(xué)、自動(dòng)控制、材料學(xué)、加工制造等多個(gè)學(xué)科。這些學(xué)科的科學(xué)問題,經(jīng)科學(xué)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(dǎo)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工程設(shè)計(jì)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(xué)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(xué)科交叉,大大增加了問題的復(fù)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(dòng)問題為例,氣流流過風(fēng)扇、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪等部件,幾何邊界條件復(fù)雜,流動(dòng)性質(zhì)為強(qiáng)三維、固有非定常、包含轉(zhuǎn)捩過程的復(fù)雜湍流流動(dòng),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(xué)科也在不同程度上存在類似情況。
由于諸多科學(xué)問題還未得到很好解決,而客觀上又對(duì)發(fā)展這種產(chǎn)品有迫切的需求,人們不得不繞開復(fù)雜的科學(xué)問題,通過大量試驗(yàn),認(rèn)識(shí)機(jī)理,發(fā)現(xiàn)規(guī)律,獲取知
識(shí),以基本理論為指導(dǎo),理論與試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合,總結(jié)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系,制訂各種規(guī)范……并以此為基礎(chǔ)研制發(fā)動(dòng)機(jī)。在認(rèn)識(shí)客觀規(guī)律的過程中,試驗(yàn)不僅起著揭示現(xiàn)象、探索機(jī)理的作用,也是檢驗(yàn)理論的終手段。短短七八十年,航空發(fā)動(dòng)機(jī)取得如此驚人的成就,其基本經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)途徑就是如此。
總之,由于科學(xué)問題未得到很好解決,多學(xué)科交叉的復(fù)雜性,加之工作條件惡劣而使用要求又非常之高的特點(diǎn),使得工程研制的技術(shù)難度很大,這些因素決定了航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展必須遵循以大量試驗(yàn)為支撐的技術(shù)途徑。
隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算數(shù)學(xué)的發(fā)展,計(jì)算流體力學(xué)、計(jì)算固體力學(xué)和計(jì)算傳熱學(xué)、計(jì)算燃燒學(xué)等取得了長足的進(jìn)展,為深入認(rèn)識(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部復(fù)雜物理機(jī)理、優(yōu)化設(shè)計(jì)和加速工程研制進(jìn)程、逐步減少對(duì)試驗(yàn)的依賴起著非常重要的作用。但是由于上述諸多科學(xué)問題尚未解決,純理論的數(shù)值計(jì)算不能完全準(zhǔn)確反映客觀真實(shí),因而不能完全據(jù)此進(jìn)行工程研制。目前先進(jìn)國家的做法,仍是依靠以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立起來的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)關(guān)系。在數(shù)值技術(shù)高度發(fā)展的今天,人們正在做出很大的努力,利用試驗(yàn)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(xué)森先生曾提出技術(shù)科學(xué)的概念,它是搭建科學(xué)與工程之間的橋梁。航空發(fā)動(dòng)機(jī)是典型的技術(shù)科學(xué)。而以試驗(yàn)為支撐的理論、經(jīng)驗(yàn)關(guān)系、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和規(guī)范等則是構(gòu)建此橋梁的水泥、磚石。
對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的科學(xué)、技術(shù)與工程之間的關(guān)系及其現(xiàn)狀的上述認(rèn)識(shí)將反映在本系列叢書中,并希望得到讀者的認(rèn)同和注意。
發(fā)動(dòng)機(jī)系列叢書涵蓋總體性能、葉輪機(jī)械、燃燒、傳熱、結(jié)構(gòu)、固體力學(xué)、自動(dòng)控制、機(jī)械傳動(dòng)、試驗(yàn)測試、適航等專業(yè)方向,力求達(dá)到學(xué)科基本理論的系統(tǒng)性,內(nèi)容的相對(duì)完整性,并適當(dāng)結(jié)合工程應(yīng)用。叢書反映了學(xué)科的近期和未來的可能發(fā)展,注意包含相對(duì)成熟的先進(jìn)內(nèi)容。
本系列叢書的編委會(huì)由來自高等學(xué)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(xué)術(shù)造詣,豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),掌握全局,了解需求,對(duì)于形成系列叢書的指導(dǎo)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(gè)叢書質(zhì)量,發(fā)揮了不可替代的重要作用。我對(duì)他們接受編委會(huì)的工作,并做出了重要貢獻(xiàn) 表示衷心感謝。
本系列叢書的編著者均有很高的學(xué)術(shù)造詣,理論功底深厚,實(shí)際經(jīng)驗(yàn)豐富,熟悉本領(lǐng)域國內(nèi)外情況,在業(yè)內(nèi)得到了高度認(rèn)可,享有很高的聲望。我很感謝他們接受邀請(qǐng),用他們的學(xué)識(shí)和辛勤勞動(dòng)完成本系列叢書。在編著中他們?nèi)谌肓俗约洪L期教學(xué)科研生涯中獲得的經(jīng)驗(yàn)、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(dòng)機(jī)專業(yè)工作的科技人員、教師和與此專業(yè)相關(guān)的研究生為主要對(duì)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(dòng)機(jī)專業(yè)人才的培養(yǎng),有益于提高行業(yè)科學(xué)技術(shù)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(xiàn)。

2013年12月