Elements of Propulsion: Gas Turbines And Rockets (AIAA Education) (Aiaa Education Series)

کتاب «عناصر پیشرانش: توربین‌های گازی و موشک‌ها» (Elements of Propulsion: Gas Turbines And Rockets) نوشتهٔ جک دی. متینگلی، یکی از مراجع معتبر و جامع در حوزهٔ مهندسی هوافضا و مکانیک به شمار می‌رود. این اثر که توسط مؤسسهٔ آمریکایی هوانوردی و فضانوردی (AIAA) منتشر شده، با تکیه بر رویکردی آموزشی و گام‌به‌گام، مفاهیم پیچیدهٔ ترمودینامیک و دینامیک گازها را برای تحلیل و طراحی سیستم‌های پیشرانش هوایی و فضایی تبیین می‌کند.

دربارهٔ کتاب عناصر پیشرانش —

موضوع اصلی این کتاب، ارائهٔ درکی کامل و یکپارچه از اصول عملکرد توربین‌های گازی مورد استفاده در هواپیماها و موتورهای موشکی است. این متن به چهار بخش اصلی تقسیم می‌شود: مبانی اولیه و دینامیک گازها، تحلیل سیستم‌های پیشرانش موشکی، تحلیل عملکرد موتورهای تنفس‌کنندهٔ هوا در شرایط طراحی و غیرطراحی، و در نهایت تحلیل و طراحی اجزای اصلی موتورهای توربین گازی از جمله فن، کمپرسور، توربین، ورودی هوا، نازل و محفظهٔ احتراق. متینگلی مفاهیم طراحی را از ابتدا و در فصلی مقدماتی با بحث دربارهٔ عملکرد هواپیما و موشک معرفی کرده و سپس این مفاهیم را در سراسر کتاب به‌کار می‌گیرد. سبک نگارش کتاب با مشارکت گستردهٔ دانشجویان شکل گرفته و به‌گونه‌ای طراحی شده که بر پایهٔ تعاریف اولیه، مباحث ترمودینامیک، دینامیک گازها و اصول موتورهای توربین گازی را به‌تدریج توسعه می‌دهد. این اثر آموزشی با بهره‌گیری از بیش از ۱۰۰ مثال حل‌شده، صدها مسئلهٔ خانگی و بیش از ۶۰۰ تصویر و نمودار، مفاهیم انتزاعی را برای دانشجو ملموس می‌سازد. همچنین، هشت برنامهٔ کامپیوتری همراه متن، امکان محاسبهٔ سریع روندها، پاسخ به سوالات شرطی و طراحی مفهومی را برای کاربران فراهم می‌آورد.

دربارهٔ نویسنده

جک دی. متینگلی (Jack D. Mattingly) مدرک کارشناسی و کارشناسی ارشد خود را در مهندسی مکانیک از دانشگاه نوتردام و دکترای خود را در رشتهٔ هوانوردی و فضانوردی از دانشگاه واشنگتن دریافت کرده است. او با بیش از ۵۰ سال تجربه در تحلیل و طراحی سیستم‌های پیشرانش و ترمودینامیک، سابقهٔ تدریس در آکادمی نیروی هوایی ایالات متحده و مؤسسهٔ فناوری نیروی هوایی را در کارنامه دارد. متینگلی پس از بازنشستگی از خدمت فعال در نیروی هوایی در سال ۱۹۸۹، به هیئت علمی دانشگاه سیاتل پیوست و در سال ۲۰۰۰ به عنوان استاد بازنشستهٔ مهندسی مکانیک بازنشسته شد تا بر نوشتن، تدریس دوره‌های کوتاه و مشاوره متمرکز شود. او نویسندهٔ کتاب «عناصر پیشرانش توربین گازی» (Elements of Gas Turbine Propulsion) و یکی از نویسندگان کتاب «طراحی موتور هواپیما» (Aircraft Engine Design) است که برندهٔ جایزهٔ کتاب سامرفیلد از سوی مؤسسهٔ آمریکایی هوانوردی و فضانوردی شده است.

چرا باید عناصر پیشرانش را بخوانید؟

• مرجعی جامع و معتبر در حوزهٔ پیشرانش: این کتاب به عنوان یکی از منابع اصلی درسی دانشگاه‌های معتبر جهان شناخته می‌شود و توسط مؤسسهٔ آمریکایی هوانوردی و فضانوردی منتشر شده است.
• رویکرد آموزشی گام‌به‌گام و کاربردی: مطالب کتاب از مفاهیم پایه شروع شده و به‌تدریج به مباحث پیشرفته می‌رسد و با مثال‌ها و مسائل متعدد، درک عمیقی از موضوع ایجاد می‌کند.
• پوشش هم‌زمان توربین‌های گازی و موتورهای موشکی: این کتاب با پوشش هر دو حوزهٔ پیشرانش هوایی و فضایی، دیدی جامع و یکپارچه به دانشجو ارائه می‌دهد.
• ابزارهای نرم‌افزاری قدرتمند: وجود هشت برنامهٔ کامپیوتری همراه متن، امکان شبیه‌سازی، تحلیل و طراحی مفهومی را برای کاربران فراهم می‌کند.
• مناسب برای خودآموزی و طراحی: ساختار منسجم و حل‌المسائل بودن کتاب، آن را به منبعی ایده‌آل برای خودآموزی و انجام پروژه‌های طراحی تبدیل کرده است.

این کتاب برای چه کسانی مناسب است؟

این کتاب منبعی اصلی و ضروری برای دانشجویان کارشناسی و کارشناسی ارشد رشته‌های مهندسی هوافضا و مهندسی مکانیک است که دروس مرتبط با پیشرانش، ترمودینامیک و دینامیک گازها را می‌گذرانند. همچنین، مهندسان شاغل در صنایع هوایی، هوافضا و نیروگاهی که به دنبال مرجعی معتبر و به‌روز برای تحلیل و طراحی سیستم‌های پیشرانش هستند، مخاطبان اصلی این اثر به شمار می‌روند. با توجه به رویکرد آموزشی و پوشش گستردهٔ مباحث، این کتاب برای هر علاقه‌مندی که می‌خواهد درک عمیقی از نحوهٔ عملکرد موتورهای جت و موشک‌ها پیدا کند، ارزشمند خواهد بود.

سوالات متداول

آیا پیش‌نیاز خاصی برای مطالعهٔ این کتاب لازم است؟

برای بهره‌مندی کامل از مطالب کتاب، تسلط بر مبانی ترمودینامیک، مکانیک سیالات و ریاضیات مهندسی (از جمله حساب دیفرانسیل و انتگرال) توصیه می‌شود. کتاب با مرور مبانی اولیه شروع می‌شود و به‌تدریج مفاهیم پیچیده‌تر را معرفی می‌کند، اما داشتن پیش‌زمینهٔ ذکرشده، روند یادگیری را سرعت می‌بخشد.

تفاوت این کتاب با کتاب «عناصر پیشرانش توربین گازی» نویسنده چیست؟

کتاب «عناصر پیشرانش: توربین‌های گازی و موشک‌ها» نسخهٔ توسعه‌یافته و به‌روز شدهٔ کتاب قبلی متینگلی است. تفاوت اصلی در اضافه شدن بخش جامعی دربارهٔ پیشرانش موشکی و بهبود چشمگیر مطالب مربوط به دینامیک گازهاست.

آیا نرم‌افزارهای همراه کتاب هنوز قابل استفاده هستند؟

بر اساس اطلاعات موجود در منابع، هشت برنامهٔ کامپیوتری به‌صورت همراه با کتاب ارائه شده‌اند که برای سیستم‌عامل ویندوز طراحی شده‌اند. با توجه به قدمت نسخهٔ ۲۰۰۶، ممکن است برای اجرای این نرم‌افزارها بر روی سیستم‌عامل‌های جدیدتر نیاز به تنظیمات سازگاری باشد.

This text provides a complete introduction to gas turbine and rocket propulsion for aerospace and mechanical engineers. Building on the very successful Elements of Gas Turbine Propulsion , textbook coverage has been expanded to include rocket propulsion and the material on gas dynamics has been dramatically improved. The text is divided into four parts: basic concepts and gas dynamics; analysis of rocket propulsion systems; parametric (design point) and performance (off-design) analysis of air breathing propulsion systems; and analysis and design of major gas turbine engine components (fans, compressors, turbines, inlets, nozzles, main burners, and afterburners). Design concepts are introduced early (aircraft and rocket performance in an introductory chapter) and integrated throughout. Written with extensive student input on the design of the book, the book builds upon definitions and gradually develops the thermodynamics, gas dynamics, rocket engine analysis, and gas turbine engine principles. The book contains over 100 worked examples and numerous homework problems so concepts are applied after they are introduced. Over 600 illustrations and pictures show basic concepts, trends, and design examples. Eight computer programs accompany the text, which allow for rapid calculation of trends, “what if” questions, conceptual design, homework problems, and homework verification. The software runs in the Windows operating system on PC-compatible systems. Front Matter......Page 1 Foreword to Second Edition......Page 5 Foreword to First Edition......Page 6 Acknowledgements......Page 45 Preface......Page 42 Z......Page 0 Table of Contents......Page 46 Nomenclature......Page 50 1.1 Propulsion......Page 54 1.2 Units and Dimensions......Page 55 1.3 Operational Envelopes and Standard Atmosphere......Page 57 1.4 Airbreathing Engines......Page 58 1.5 Aircraft Performance......Page 82 1.6 Rocket Engines......Page 102 Problems......Page 109 2.2 Equations of State and Conservation of Mass......Page 118 2.3 Steady Flow Energy Equation......Page 121 2.4 Steady Flow Entropy Equation......Page 128 2.5 Steady Flow Momentum Equation......Page 129 2.6 Perfect Gas......Page 135 2.7 Compressible Flow Properties......Page 146 2.8 One-Dimensional Gas Dynamics - Finite Control Volume Analysis and the H-K Diagram......Page 160 2.9 Nozzle Design and Nozzle Operating Characteristics......Page 174 2.10 One-Dimensional Gas Dynamics - Differential Control Volume Analysis......Page 187 2.11 Chemical Reactions......Page 192 Problems......Page 200 3.1 Introduction......Page 213 3.2 Rocket Propulsion Requirements and Capabilities......Page 218 3.3 Rocket Propulsion Engines......Page 228 3.4 Types of Rocket Nozzles......Page 241 3.5 Parameters for Chemical Rockets......Page 246 Problems......Page 280 4.2 Thrust Equation......Page 285 4.3 Note on Propulsive Efficiency......Page 295 4.4 Gas Turbine Engine Components......Page 296 4.5 Brayton Cycle......Page 304 4.6 Aircraft Engine Design......Page 309 Problems......Page 310 5.1 Introduction......Page 312 5.2 Notation......Page 313 5.4 Steps of Engine Parametric Cycle Analysis......Page 315 5.6 Ideal Ramjet......Page 317 5.7 Ideal Turbojet......Page 329 5.8 Ideal Turbojet with Afterburner......Page 342 5.9 Ideal Turbofan......Page 353 5.10 Ideal Turbofan with Optimum Bypass Ratio......Page 376 5.11 Ideal Turbofan with Optimum Fan Pressure Ratio......Page 383 5.12 Ideal Pulse Detonation Engine......Page 392 Problems......Page 395 6.2 Variation in Gas Properties......Page 405 6.3 Component Performance......Page 407 6.4 Inlet and Diffuser Pressure Recovery......Page 408 6.5 Compressor and Turbine Efficiencies......Page 410 6.6 Burner Efficiency and Pressure Loss......Page 420 6.9 Summary of Component Figures of Merit (Constant c_p Values)......Page 421 6.10 Component Performance with Variable c_p......Page 423 Problems......Page 428 7.2 Turbojet......Page 431 7.3 Turbojet with Afterburner......Page 449 7.4 Turbofan - Separate Exhaust Streams......Page 454 Problems......Page 477 8.1 Introduction......Page 487 8.2 Gas Generator......Page 497 8.3 Turbojet Engine......Page 514 8.4 Turbojet Engine with Afterbuming......Page 536 8.5 Turbofan Engine - Separate Exhausts and Convergent Nozzles......Page 549 Problems......Page 574 9.2 Euler's Turbomachinery Equations......Page 586 9.3 Axial-Flow Compressor Analysis......Page 588 9.4 Centrifugal-Flow Compressor Analysis......Page 649 9.5 Axial-Flow Turbine Analysis......Page 656 9.6 Centrifugal-Flow Turbine Analysis......Page 717 Problems......Page 723 10.2 Inlets......Page 734 10.3 Subsonic Inlets......Page 735 10.4 Supersonic Inlets......Page 744 10.5 Exhaust Nozzles......Page 775 10.6 Introduction to Combustion Systems......Page 793 10.7 Main Burners......Page 806 10.8 Afterburners......Page 818 Problems......Page 828 Appendix A: Altitude Tables......Page 833 Appendix B: Gas Turbine Engine Data......Page 840 Appendix C: Data for Some Liquid-Propellant Rocket Engines......Page 847 Appendix D: Air and (CH_2)_n Properties at Low Pressure......Page 849 Appendix E: Turbomachinery Stresses and Materials......Page 866 Appendix F: About the Software......Page 879 Appendix G: Answers to Selected Problems......Page 885 A......Page 888 C......Page 890 D......Page 892 E......Page 893 F......Page 894 I......Page 895 M......Page 897 O......Page 898 P......Page 899 S......Page 900 T......Page 901 V......Page 903 Z......Page 904 References......Page 905

this Text Provides A Complete Introduction To Gas Turbine And Rocket Propulsion For Aerospace And Mechanical Engineers. Building On The Very Successful elements Of Gas Turbine Propulsion, Textbook Coverage Has Been Expanded To Include Rocket Propulsion And The Material On Gas Dynamics Has Been Dramatically Improved. The Text Is Divided Into Four Parts: Basic Concepts And Gas Dynamics; Analysis Of Rocket Propulsion Systems; Parametric (design Point) And Performance (off-design) Analysis Of Air Breathing Propulsion Systems; And Analysis And Design Of Major Gas Turbine Engine Components (fans, Compressors, Turbines, Inlets, Nozzles, Main Burners, And Afterburners).

design Concepts Are Introduced Early (aircraft And Rocket Performance In An Introductory Chapter) And Integrated Throughout. Written With Extensive Student Input On The Design Of The Book, The Book Builds Upon Definitions And Gradually Develops The Thermodynamics, Gas Dynamics, Rocket Engine Analysis, And Gas Turbine Engine Principles. The Book Contains Over 100 Worked Examples And Numerous Homework Problems So Concepts Are Applied After They Are Introduced. Over 600 Illustrations And Pictures Show Basic Concepts, Trends, And Design Examples.

eight Computer Programs Accompany The Text, Which Allow For Rapid Calculation Of Trends, ìwhat Ifî Questions, Conceptual Design, Homework Problems, And Homework Verification. The Software Runs In The Windows Operating System On Pc-compatible Systems.

about The Author:
jack D. Mattingly Received His B.s. And M.s. In Mechanical Engineering From The University Of Notre Dame, And His Ph.d. In Aeronautics And Astronautics At The University Of Washington. While Studying For His Doctorate Under Gordon C. Oates, He Pioneered Research In The Mixing Of Coannular Swirling Flows And Developed A Major New Test Facility. During His 40 Years Of Experience In Analysis And Design Of Propulsion And Thermodynamic Systems, He Has Written Two Engineering Textbooks, Developed Aerothermodynamic Cycle Analysis Models, And Created Engineering Software For Air-breathing Propulsion Systems. Dr. Mattingly Was Previously At The Aero Propulsion Laboratory At Wright-patterson Afb Where He Directed Exploratory And Advanced Development Programs Aimed At Improving The Performance, Reliability, And Durability Of Gas Turbine Engine Components. He Retired From Active Duty With The U.s. Air Force In 1989 And Joined The Faculty Of Seattle University. In 2000 He Retired From Seattle University As Professor Emeritus In Mechanical Engineering To Dedicate His Efforts To Writing This Textbook And A New Edition Of Aircraft Engine Design, Teaching Short Courses, And Consulting. Dr. Mattingly Has More Than 35 Years Of Experience In Engineering Education, Earlier As A Senior Member Of The Department Of Aeronautics At The United States Air Force Academy, Where He Established A Top Undergraduate Propulsion Program. In Addition, He Has Taught And Done Research In Propulsion And Thermal Energy Systems At The Air Force Institute Of Technology, University Of Washington, University Of Notre Dame, University Of Wisconsin, And Ibm Corp. He Was Also Founder Of The Aiaa/air Breathing Propulsion Team Aircraft Engine Design Competition For Undergraduate Students. Among His Many Distinguished Teaching Awards Is Outstanding Educator For 1992 From Seattle University. Having Published More Than 25 Technical Papers, Articles, And Textbooks In His Field, Dr. Mattingly Authored Elements Of Gas Turbine Propulsion (1995) And Was Co-author Of Aircraft Engine Design, Second Edition (2002), An Unprecedented Conceptual Design Textbook For Air Breathing Engines That Won The 2005 Aiaa Summerfield Book Award.