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(wù)院正式批準立項。為了對該項重大工程提供技術(shù)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(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(shù)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(shù)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(shù)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(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(shù)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�，F(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(guān)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(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(zhuǎn)速特別是很快的加減速瞬變造成應(yīng)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(shù)和隔熱涂層技術(shù)解決。發(fā)動機轉(zhuǎn)速高達10000~60000r/min,對應(yīng)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(shè)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(zhì)為強三維、固有非定常、包含轉(zhuǎn)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(jié)合,總結(jié)經(jīng)驗關(guān)系,制訂各種規(guī)范……并以此為基礎(chǔ)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(shù)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(shù)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(shù)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(shè)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(chǔ)建立起來的經(jīng)驗關(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(shù)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(shù)科學。而以試驗為支撐的理論、經(jīng)驗關(guān)系、設(shè)計準則和規(guī)范等則是構(gòu)建此橋梁的水泥、磚石。
對于航空發(fā)動機的科學、技術(shù)與工程之間的關(guān)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(jié)構(gòu)、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(jié)合工程應(yīng)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(shù)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(zhì)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(shù)造詣,理論功底深厚,實際經(jīng)驗豐富,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(guān)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(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。

2013年12月