Aerothermodynamics of gas turbine and rocket propulsion : software to accompany the AIAA textbook by Gordon C. Oates

کتاب «Aerothermodynamics of Gas Turbine and Rocket Propulsion» نوشتهٔ گوردون سی. اوتس (Gordon C. Oates) که توسط مؤسسهٔ آمریکایی هوانوردی و فضانوردی (AIAA) منتشر شده است، یکی از معتبرترین و پرفروش‌ترین منابع آموزشی در زمینهٔ ترمودینامیک و پیشرانه‌های هوایی و فضایی به شمار می‌رود. این کتاب که ویرایش سوم آن در سال ۱۹۹۷ منتشر شده، با رویکردی دقیق و در عین حال کاربردی، مفاهیم پیچیدهٔ آیروترمودینامیک را برای دانشجویان و مهندسان این حوزه به زبانی گویا و ساختاریافته تشریح می‌کند. همراهی نرم‌افزار تخصصی با این کتاب، آن را به ابزاری قدرتمند برای شبیه‌سازی و تحلیل مسائل واقعی در زمینهٔ موتورهای توربین گازی و پیشرانش موشکی تبدیل کرده است.

دربارهٔ کتاب Aerothermodynamics of Gas Turbine and Rocket Propulsion

کتاب «آیروترمودینامیک توربین گازی و پیشرانش موشکی» به عنوان یک متن استاندارد و جامع در بیش از پنجاه دانشگاه جهان تدریس می‌شود و نیاز به منبعی مدرن و کامل در اصول پیشرانش را برآورده می‌سازد. این کتاب که در مجموعه آموزشی AIAA منتشر شده، مبانی ترمودینامیک و دینامیک سیالات را با کاربردهای عملی در طراحی موتورهای جت و موشک پیوند می‌دهد. محتوای کتاب از مباحث پایه‌ای مانند قوانین ترمودینامیک و جریان‌های تراکم‌پذیر یک‌بعدی شروع شده و به تدریج به تحلیل چرخه‌های ایده‌آل و غیرایده‌آل، عملکرد اجزای مختلف موتور (شامل ورودی هوا، کمپرسور، محفظه احتراق، توربین و نازل) و در نهایت تحلیل عملکرد موتور در شرایط خارج از نقطهٔ طراحی (Off-Design) می‌پردازد. ویژگی برجستهٔ این ویرایش سوم، ارائهٔ مجموعه نرم‌افزارهای مکمل است که به همراه کتاب عرضه می‌شود و به دانشجو امکان می‌دهد تا مفاهیم تئوری را به صورت عملی شبیه‌سازی کند. این نرم‌افزارها حوزه‌های متنوعی از جمله برنامه‌های مربوط به اتمسفر، جریان‌های شبه‌یک‌بعدی (شامل تحلیل امواج شوک و عملکرد نازل موشک)، تحلیل چرخهٔ موتورهای توربین گازی و احتراق در موشک‌ها را پوشش می‌دهند. به این ترتیب، خواننده نه تنها با روابط ریاضی، بلکه با نحوهٔ پیاده‌سازی و تحلیل آن‌ها در دنیای واقعی نیز آشنا می‌شود.

دربارهٔ نویسنده

نویسندهٔ این کتاب مرجع، گوردون سی. اوتس (Gordon C. Oates) است که به عنوان یکی از چهره‌های شاخص در زمینهٔ آموزش و پژوهش در حوزهٔ پیشرانش هوافضا شناخته می‌شود. اثر ارزشمند او با استقبال گسترده‌ای در میان جامعهٔ علمی و مهندسی مواجه شده و بارها تجدید چاپ شده است. نسخهٔ حاضر، ویرایش سوم این کتاب است که توسط مؤسسهٔ AIAA با هدف به‌روزرسانی محتوا و افزودن ابزارهای نرم‌افزاری کمکی منتشر شده است. افزون بر این، نرم‌افزار همراه کتاب بر اساس کارهای پیشین جک دی. متینگلی (Jack D. Mattingly) و دیوید تی. پرت (David T. Pratt) طراحی و تدوین شده است که خود از متخصصان برجستهٔ این حوزه به شمار می‌روند.

چرا باید Aerothermodynamics of Gas Turbine and Rocket Propulsion را بخوانید؟

این کتاب با تلفیق تئوری و عمل، مسیری روشن برای درک عمیق سیستم‌های پیشرانش فراهم می‌کند و منبعی است که همواره بر میز کار مهندسان هوافضا دیده می‌شود.

• ارائهٔ چارچوبی کامل و از پایه تا پیشرفته: کتاب با شروع از مفاهیم بنیادین ترمودینامیک، خواننده را گام‌به‌گام تا تحلیل عملکرد پیچیدهٔ موتورهای توربین گازی و موشک‌ها در شرایط مختلف هدایت می‌کند.
• شبیه‌سازی عملی با نرم‌افزارهای همراه: وجود برنامه‌های کامپیوتری مکمل، این کتاب را از یک متن صرفاً تئوری به یک کارگاه عملی تبدیل کرده است که امکان تحلیل مسائل و انجام محاسبات طراحی را برای کاربر فراهم می‌آورد.
• مرجعی معتبر و شناخته‌شده در سطح جهانی: این کتاب که به عنوان یکی از «کتاب‌های مقدس» (Bibbie) برای مهندسان هوافضا توصیف شده، در معتبرترین دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی جهان تدریس و استفاده می‌شود.
• پوشش جامع انواع سیستم‌های پیشرانش: از موتورهای شیمیایی و هسته‌ای گرفته تا موتورهای الکتریکی و هوا‌تنفسی، این کتاب دانشی فراتر از یک حوزهٔ خاص را به مخاطب ارائه می‌دهد.
• ارائهٔ بینش تحلیلی برای مهندسی معکوس و طراحی: با مطالعهٔ بخش‌های مربوط به عملکرد قطعات و تحلیل چرخه‌ها، مهندسان می‌توانند درک بهتری از نحوهٔ طراحی و بهینه‌سازی موتورهای مدرن پیدا کنند.

این کتاب برای چه کسانی مناسب است؟

این کتاب به عنوان یک منبع درسی و مرجع، طیف وسیعی از مخاطبان را پوشش می‌دهد. دانشجویان کارشناسی و کارشناسی ارشد رشته‌های مهندسی هوافضا، مکانیک (گرایش سیالات و حرارت) و فیزیک که به مطالعهٔ سیستم‌های پیشرانش و ترمودینامیک پیشرفته اشتغال دارند، مخاطبان اصلی این کتاب هستند. همچنین، مهندسان شاغل در صنایع هوافضا، نیروگاه‌های تولید برق و شرکت‌های فعال در حوزهٔ توربین‌های گازی که نیازمند درک عمیق‌تری از مبانی آیروترمودینامیک و تحلیل عملکرد اجزاء هستند، می‌توانند از این کتاب به عنوان یک منبع معتبر و جامع برای به‌روزرسانی دانش خود استفاده کنند. رویکرد ساختاریافته و مثال‌های متعدد کتاب، آن را برای مطالعهٔ خودآموز نیز بسیار مناسب ساخته است.

سوالات متداول

تفاوت اصلی این کتاب با ویرایش‌های پیشین آن چیست؟

تفاوت اساسی این ویرایش سوم، افزودن مجموعه‌ای کامل از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی و تحلیل است که به همراه کتاب ارائه شده است. این نرم‌افزارها به کاربر امکان می‌دهند تا مفاهیم مطرح‌شده در متن مانند تحلیل چرخه‌های ترمودینامیکی، عملکرد امواج شوک و رفتار نازل‌ها را به صورت عملی پیاده‌سازی کند. این ویژگی، کتاب را به ابزاری تعاملی و کاربردی‌تر برای آموزش و طراحی تبدیل کرده است.

آیا برای مطالعهٔ این کتاب نیاز به پیش‌نیازهای قوی در ریاضیات و فیزیک وجود دارد؟

بله، این کتاب در سطحی پیشرفته و برای دانشجویان سال‌های بالاتر کارشناسی و مقاطع تحصیلات تکمیلی نگاشته شده است. تسلط بر مبانی حساب دیفرانسیل و انتگرال، معادلات دیفرانسیل معمولی و مفاهیم پایهٔ ترمودینامیک و مکانیک سیالات برای درک کامل محتوای کتاب ضروری است. با این حال، نویسنده مباحث را از سطح پایه‌ای و با ارائهٔ تعاریف دقیق آغاز کرده و به تدریج پیچیدگی آن را افزایش می‌دهد.

آیا محتوای کتاب صرفاً بر موتورهای هوایی متمرکز است یا پیشرانش فضایی را نیز پوشش می‌دهد؟

خیر، این کتاب به طور جامع به هر دو حوزهٔ هوانوردی و فضانوردی می‌پردازد. بخش‌های قابل‌توجهی از کتاب به تحلیل موتورهای شیمیایی برای کاربردهای فضایی، موتورهای غیرشیمیایی مانند موتورهای هسته‌ای و الکتریکی و نیز مبانی پیشرانش موشکی اختصاص دارد. در کنار آن، تحلیل موتورهای هوا‌تنفسی مانند توربوجت، توربوفن و توربوپراپ نیز به طور کامل پوشش داده شده است.

Includes software This seminal book on gas turbine technology has been a best-seller since it was first published in 1984. It now includes a comprehensive set of software programs that complement the text with problems and design analyses. Software topics included are: atmosphere programs, quasi-one-dimensional flows programs (ideal constant-area heat interaction, adiabatic constant-area flow with friction, rocket nozzle performance, normal shock waves, oblique shock waves), gas turbine programs (engine cycle analysis and engine off-design performance), and rocket combustion programs (Tc and Pc given, Hc and Pc given, isentropic expansion). Used as a standard text in more than 50 universities, the book and software will continue to fulfill the need for a comprehensive modern book on the principles of propulsion. System Requirements:IBM PC 386/486/586/Pentium or compatible; 640 Kb RAM hard disk with 1.0 Mb of available disk space; EGA or better video capability Front Matter......Page 1 Foreword......Page 3 Acknowledgments......Page 4 Preface......Page 5 Table of Contents......Page 0 Table of Contents......Page 7 1.2 Chemical Rockets......Page 10 1.3 Nonchemical Rockets......Page 14 1.4 Airbreathing Engines......Page 16 1.5 Summary......Page 25 2.2 Definitions......Page 27 2.4 The Zeroth Law of Thermodynamics......Page 29 2.6 The Reversible Process......Page 30 2.7 Derived Properties: Enthalpy and Specific Heats......Page 31 2.8 The Second Law of Thermodynamics......Page 32 2.10 The Gibbs Function and the Helmholtz Function......Page 33 2.11 Maxwell's Relations......Page 34 2.12 General Relationships between Properties......Page 35 2.13 The Perfect Gas......Page 37 2.14 Quasi-One-Dimensional Fluid Flows......Page 39 2.15 The First Law for a Flowing System - The Control Volume......Page 41 2.16 The Channel Flow Equations......Page 47 2.17 Stagnation Properties......Page 49 2.18 Property Variations in Channels......Page 51 2.19 The Nozzle Flow Equations......Page 60 2.20 Numerical Solutions of Equations......Page 61 Problems......Page 63 3.2 Expression for the Thrust......Page 71 3.3 Acceleration of a Rocket......Page 74 3.4 Rocket Nozzle Performance......Page 78 3.5 Elementary Chemistry......Page 82 3.6 Determination of Chamber Conditions......Page 92 3.7 Nozzle Flow of a Reacting Gas......Page 93 3.8 Solid-Propellant Rockets......Page 96 Problems......Page 101 4.2 The Nuclear-Heated Rocket......Page 105 4.3 Electrically Powered Rockets......Page 115 Problems......Page 125 5.1 Introduction......Page 128 5.2 Notation......Page 139 5.3 Ideal Component Behaviors......Page 141 5.4 The Ideal Thermodynamic Cycle......Page 142 5.5 The Effect of Burning at Finite Mach Number......Page 144 5.6 The Propulsive Efficiency, n_p......Page 146 5.8 The Ideal Turbojet......Page 147 5.9 Interpretation of the Behavior of the Specific Fuel Consumption......Page 155 5.10 The Maximum Thrust Turbojet......Page 158 5.11 The Ideal Turbojet with Afterburning......Page 160 5.12 The Turbofan with Separate Exhaust Streams......Page 165 5.13 The Ideal Turbofan with Mixed Exhaust Streams......Page 172 5.14 The Ideal Constant-Pressure Mixer......Page 180 5.15 The Ideal Turbofan with Afterburning......Page 183 Problems......Page 187 6.2 The Thrust Equation......Page 196 6.3 Averages......Page 204 6.4 The Inlet......Page 210 6.5 The Compressor......Page 219 6.6 The Burner......Page 224 6.7 The Turbine......Page 227 6.8 The Nozzle......Page 231 Problems......Page 232 7.2 The Turbojet......Page 237 7.3 The Turbofan......Page 243 7.4 The Turboprop or Prop Fan......Page 261 7.5 The Effects of Nonconstant Specific Heats......Page 268 7.6 Summary and Conclusions......Page 274 Problems......Page 275 8.2 Off-Design Analysis of the Turbojet......Page 282 8.3 Off-Design Analysis of the Turbofan......Page 298 8.4 Off-Design Analysis of the Turboprop......Page 301 8.5 The Use of Component Characteristics......Page 306 8.6 Limitations on the Accuracy of Component Characteristics......Page 317 8.7 Engine Acceleration......Page 318 Problems......Page 327 9.1 Introduction......Page 332 9.2 Two-Dimensional Incompressible Flow through Blade Rows......Page 336 9.3 Free Vortex Flow......Page 349 9.4 Radial Equilibrium Flows......Page 354 9.5 The Effects of Compressibility......Page 365 References......Page 374 Problems......Page 375 10.2 The Throughflow Equations......Page 378 10.3 The Actuator Disk......Page 385 10.4 Integral Relationships......Page 386 10.5 Example Solutions......Page 389 10.6 Advanced Problems in Throughflow Theory......Page 402 References......Page 405 Problems......Page 407 11.1 Introduction......Page 410 11.2 Cascade Losses......Page 411 11.3 Cascade Notation......Page 416 11.4 Calculation Methods......Page 417 References......Page 433 Problems......Page 434 Appendix A: Standard Atmosphere......Page 439 Appendix B: SAE Gas Turbine Engine Notation......Page 442 Appendix C: Oates Companion Software......Page 452 E......Page 456 N......Page 457 T......Page 458 W......Page 459

Best Seller! Winner of the Summerfield Book Award. This seminal book on gas turbine technology has been a best-seller since it was first published. It now includes a comprehensive set of software programs that complement the text with problems and design analyses. Software topics included are atmosphere programs, quasi-one-dimensional flow programs (ideal constant-area heat interaction, adiabatic constant-area flow with friction, rocket nozzle performance, normal shock waves, oblique shock waves), gas turbine programs (engine cycle analysis and engine off-design performance), and rocket combustion programs (Tc and Pc given, Hc and Pc given, isentropic expansion). Used as a standard text in more than 50 universities, the book and software will continue to fulfill the need for a comprehensive book on the principles of propulsion.

System Requirements: IBM 386 (compatible) or higher, 8 Mb RAM, 20 Mb of available disk space.

This book on gas turbine technology has been a best-seller since it was first published. It now includes a comprehensive set of software programs that complement the text with problems and design analyses. Software topics included are atmosphere programs, quasi-one-dimensional flow programs (ideal constant-area heat interaction, adiabatic constant-area flow with friction, rocket nozzle performance, normal shock waves, oblique shock waves), gas turbine programs (engine cycle analysis and engine off-design performance), and rocket combustion programs (Tc and Pc given, Hc and Pc given, isentropic expansion). - Data and information appearing in this book are for informational purposes only. AIAA and the author are not responsible for any injury or damage resulting from use or reliance, nor do AIAA and the author warrant that use or reliance will be free from privately owned rights. This seminal book on gas turbine technology has been a bestseller since it was first published. It now includes a comprehensive set of software programs that complement the text with problems and design analyses. Software topics included are atmosphere programs, quasi-one-dimensional flow programs (ideal constant-area heat interaction, adiabatic constant-area flow with friction, rocket nozzle performance, normal shock waves, oblique shock waves), gas turbine programs (engine cycle analysis and engine off-design performance), and rocket combustion programs (Tc and PC given, He and PC given, isentropic expansion). "Software created to supplement Aerothermodynamics of Gas Turbine and Rocket Propulion by Gordon C. Oates using previously published work of Jack D. Mattingly and David T. Pratt."