[發明專利]超聲速進氣道及其壁面確定方法

有效

• 申請號: 201210592096.6
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN102996254A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 趙玉新;趙延輝;范曉檣;梁劍寒;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: F02C7/04
• 分類號: F02C7/04
• 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;張永明

技術領域

本發明涉及空氣動力學領域，具體而言，涉及一種超聲速進氣道及壁面確定方法。

背景技術

超聲速進氣道是吸氣式超聲速推進系統關鍵部件之一，主要任務是高效地向燃燒室提供一定壓力、溫度、速度和流量的空氣，是整個推進系統能夠產生足夠推力，滿足飛行器的需求。

進氣道內部流場參數分布直接決定了進氣道的啟動性能、抗反壓能力和出口氣流的均勻度，進而影響發動機和飛行器的整體性能。

現有的超聲速進氣道設計方法有很多種，其中最典型的是專著《飛機內流空氣動力學》論述的一種多波系的進氣道設計方法，其步驟如下：

(1)根據設計點的選擇和設計要求，確定前體激波數目；

(2)根據總壓恢復系數的要求，確定外罩內唇角；

(3)根據內壓縮型面要求，確定前體各級壓縮面的角度；

(4)根據流量系數要求，確定壓縮面相對于唇口的位置；

(5)進行三維設計。

這樣得到的進氣道的入口截面流場參數、內壓縮段中心線流場參數和出口流場參數直接決定了進氣道的啟動性能、抗反壓能力和出口氣流的均勻度。現有技術大都采用控制壁面坐標或壁面流動參數的方法設計進氣道型面間接確定，因此是被動的設計參數，難以直接有效地提高進氣道各個方面的性能。

發明內容

本發明旨在提供一種適用于非均勻來流、入口流場參數和內壓縮中心線可控的超聲速進氣道及其壁面確定方法。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種超聲速進氣道的壁面確定方法，包括：根據前體長度和捕獲高度，確定超聲速進氣道的前體激波曲線；根據飛行條件和前體激波曲線的形狀，采用特征線法，確定超聲速進氣道的前體壁面曲線和波后流場，其中，前體壁面曲線的一端為前體激波曲線的第一端點；根據超聲速進氣道設計結構的幾何約束，采用特征線法，確定超聲速進氣道的下游壁面曲線，其中，下游壁面曲線的第一端點為前體壁面曲線的遠離前體激波曲線的端點；根據超聲速進氣道設計結構的幾何約束，利用特征線法，確定超聲速進氣道的相對應的上下壁面曲線，其中，上下壁面曲線中的上壁面曲線的一端為前體激波曲線的遠離前體壁面曲線的端點，下壁面曲線的一端為下游壁面曲線的第二端點；根據上壁面曲線確定超聲速進氣道的上壁面；根據前體壁面曲線、下游壁面曲線以及下壁面曲線確定超聲速進氣道的下壁面。

進一步地，確定前體壁面曲線和波后流場之后，根據超聲速進氣道設計結構的幾何約束，采用特征線法，確定超聲速進氣道的下游壁面曲線的步驟包括：根據外收縮比，確定超聲速進氣道內壓縮入口截面所在射線，其中，射線的端點為前體激波曲線的遠離前體壁面曲線的端點。

進一步地，確定射線之后，根據超聲速進氣道設計結構的幾何約束，采用特征線法，確定超聲速進氣道的下游壁面曲線的步驟還包括：根據超聲速進氣道的啟動性能要求，設定射線上的流場參數分布。

進一步地，確定射線上的流場參數分布之后，根據超聲速進氣道設計結構的幾何約束，采用特征線法，確定超聲速進氣道的下游壁面曲線的步驟還包括：從前體壁面曲線的遠離前體壁面曲線的端點，沿接近射線的方向設定一段下游壁面曲線，并確定該段下游壁面曲線的另一端點；使該段下游壁面曲線初始方向角等于激波曲線的方向角；采用特征線法，確定從該段下游壁面曲線的另一端點發出的左行特征線以及該左行特征線與射線的交點，使該交點滿足射線上的流場參數分布；若該交點的流場參數壓縮不夠，則增加初始方向角，否則減小初始方向角，直至達到所需要的精度。

進一步地，確定左行特征線之后，根據超聲速進氣道設計結構的幾何約束，采用特征線法，確定超聲速進氣道的下游壁面曲線的步驟還包括：將左行特征線作為新的邊界，再向接近射線的方向設定一段下游壁面曲線，并使該段下游壁面曲線的初始方向角等于前一段下游壁面曲線的流動方向角；利用特征線法，確定從該段下游壁面曲線的自由端點發出的新的左行特征線以及該新的左行特征線與射線的交點，使該交點的滿足射線上的流場參數分布；若該交點的流場參數壓縮不夠，則增加該段下游壁面曲線的流動方向角，否則減小該段下游壁面曲線的流動方向角，直至達到所需要的精度；重復上一過程，獲得新的一段下游壁面曲線，直至下游壁面曲線與射線相交，完成下壁面曲線的確定。

進一步地，確定下游壁面曲線之后，根據超聲速進氣道設計結構的幾何約束，利用特征線法，確定超聲速的相對應的上下壁面曲線的步驟包括：將下游壁面曲線的第二端點和射線頂點所確定的特征線上的流場參數分布作為入口邊界的流場參數分布，采用特征線法，確定該入口邊界的影響域。