[發明專利]超聲速流道的實現方法及裝置

有效

• 申請號: 201210109054.2
• 申請日: 2012-04-13
• 公開（公告）號: CN102606565A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 趙玉新;王振國
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: F15D1/02
• 分類號: F15D1/02
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;江舟

技術領域

本發明空氣動力設計領域，具體而言，涉及一種超聲速流道的實現方法及裝置。

背景技術

超聲速流道，如噴管、進氣道、隔離段、轉彎段等，常用于風洞和高速飛行器，一般是二維或軸對稱構型，因此其截面一般是圓形、環形或矩形。隨著現代空氣動力學的發展，(此處刪去回車，并為一段)截面為橢圓形、星形、多邊形等形狀的異型流道有著越來越廣泛的用途，如增強兩股氣流間的混合、提高超聲速流道的結構強度等。由于失去了幾何上的對稱性，傳統的流道設計方法無法應用于異型出口截面流道設計中，因此，目前異形截面流道還沒有較為成熟的設計技術，與之相近的是二維或軸對稱超聲速流道設計方法。

現有的超聲速流道設計方法一般步驟如下：

(1)根據收縮比和長徑比的要求，設計亞聲速段曲線；

(2)根據亞聲速段曲線確定喉部的超聲速初值線；

(3)根據超聲速初值線和一定的理論公式確定超聲速段的馬赫數分布；

(4)根據超聲速段的馬赫數分布確定超聲速段壁面。

在上述超聲速流道的設計方法中，只能設計二維或軸對稱流道，無法設計出異型出口截面流道。此外，在現有的超聲速流道設計方法，只通過簡單的曲面插值而不考慮氣動特性，所設計的異型出口截面流道流場品質難以保證。

針對相關技術中的無法設計出口截面為異型的超聲速流道問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容

針對相關技術中的無法設計異型出口截面流道問題，本發明提供了一種超聲速流道的實現方法及裝置，以至少解決上述問題。

根據本發明的一個方面，提供了一種超聲速流道的實現方法，包括：根據預設的異型出口截面的形狀獲取該形狀的外接圓；計算外接圓的圓心到異型出口截面的形狀的距離；從超聲速流道的流線族中選擇與該距離相對應的流線，其中，選擇出的流線構成超聲速流道的壁面的曲面形狀。

優選的，計算外接圓的圓心到異型出口截面的形狀的距離的步驟包括：獲取圓心到外接圓的圓周上的每個點的連線；獲取連線與形狀的邊的第一交點；計算圓心到第一交點的距離，其中，圓心到第一交點的距離為外接圓的圓心到異型出口截面的形狀的距離。

優選的，從超聲速流道的流線族中選擇與距離相對應的流線的步驟包括：獲取流線族中的各流線與超聲速流道的出口連接線之間的第二交點，其中，出口連接線為超聲速流道的出口點與該出口點相對于超聲速流道的中心線的鏡像點的連接線；獲取中心線與超聲速流道的出口連接線之間的第三交點；計算第二交點與第三交點之間的距離；若第二交點與第三交點之間的距離為外接圓的圓心到異型出口截面的形狀的距離，則選擇與該第二交點對應的流線。

優選的，通過以下步驟獲取中心線：根據預設的異型出口截面的進口位置和出口位置以及馬赫數約束確定中心線的坐標和長度。

優選的，通過以下步驟獲取超聲速流道的出口點以及該出口點的鏡像點：根據馬赫數分布以及出口流場設計約束確定出口點；根據中心線、特征線法以及確定出的出口點生成超聲速流道的曲線型面；將曲線型面相對于中心線進行鏡像得到出口點的鏡像點。

優選的，異型出口截面的形狀包括以下之一：多邊形截面、曲線截面、星形截面以及多連通截面。

根據本發明的另一方面，提供了一種超聲速流道的實現裝置，包括：獲取單元，用于根據預設的異型出口截面的形狀獲取形狀的外接圓；計算單元，用于計算外接圓的圓心到異型出口截面的形狀的距離；選擇單元，用于從超聲速流道的流線族中選擇與距離相對應的流線，其中，選擇出的流線構成超聲速流道的壁面的曲面形狀。

優選的，計算單元包括：第一獲取模塊，用于獲取圓心到外接圓的圓周上的每個點的連線；第二獲取模塊，用于獲取連線與形狀的邊的第一交點；計算模塊，用于計算圓心到第一交點的距離，其中，圓心到第一交點的距離為外接圓的圓心到異型出口截面的形狀的距離。

優選的，選擇單元包括：第三獲取模塊，用于獲取流線族中的各流線與超聲速流道的出口連接線之間的第二交點，其中，出口連接線為超聲速流道的出口點與該出口點相對于超聲速流道的中心線的鏡像點的連接線；第四獲取模塊，用于獲取中心線與超聲速流道的出口連接線之間的第三交點；計算模塊，用于計算第二交點與第三交點之間的距離；選擇模塊，用于選擇第二交點與第三交點之間的距離為外接圓的圓心到異型出口截面的形狀的距離的第二交點對應的流線。