[發明專利]一種彎曲激波壓縮流場氣流參數的快速確定方法

有效

• 申請號: 201610070343.4
• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN105574294B
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 王磊;張堃元;蘇緯儀;金志光
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 黃成萍

本發明公開了一種彎曲激波壓縮流場氣流參數的快速確定方法，分別獨立計算壓縮壁面發出的壓縮波系與彎曲激波反射的膨脹波系造成的流動參數的變化，在計算過程中，將原流場中的壓縮波系簡化為匯聚于點S的Prandtl?Meyer壓縮波，將原流場中的膨脹波系簡化為經過點S的一道膨脹波，根據簡化后的Prandtl?Meyer壓縮波和膨脹波快速確定流場中的壓縮壁面參數、彎曲激波形狀、波后參數、流場內流線形狀、流線上參數以及出口參數。本發明提供的彎曲激波壓縮流場氣流參數的快速確定方法，計算過程較為簡單，計算結果可達到較高的精度，能夠用于對流場的計算和分析。

技術領域

本發明涉及一種超聲速或高超聲速彎曲激波壓縮流場氣流參數的快速確定方法，屬于流場氣流參數的確定方法。

背景技術

彎曲激波壓縮流場中包含前緣激波和等熵壓縮波，兩者相互作用還會形成反射波系、滑流間斷，反射波系和滑流間斷又將繼續與下游的壓縮波產生相互作用，對壁面附近流動產生影響，因此壓縮面發出的左行特征線一般不是直線，特征線上的馬赫數、壓力等參數并不均勻，給流場分析帶來了困難，需要借助特征線法、有限體積法等流場計算方法進行計算，其復雜程度較高、計算耗時較多，不利于流場分析和初步設計中的快速估算。

為了進行快速計算，“Numerical method and results for inviscidsupersonic flow over a compressive ramp”(Emanuel G)、“彎曲激波壓縮面設計及試驗研究”(居燕)等文獻中仍假設彎曲壓縮面附近為Prandtl-Meyer流動，直接根據Prandtl-Meyer方程計算壓縮面附近參數，在激波附近則按照激波與離散壓縮波的相交來計算激波后參數。而事實上彎曲激波上兩者相互作用產生反射波系，下游流場不再是簡單的Prandtl-Meyer流動，忽略反射波系的計算將有可能產生較大的誤差。文獻“超聲/高超聲速非均勻來流下曲面壓縮系統研究”(潘瑾)中嘗試了基于設計樣本的計算數據進行擬合的方法，建立了彎曲激波坐標的估算公式。但是其結果依賴于所采用的型面設計方法，并且建立過程需要大量的計算樣本，因此應用不易擴展，而且擬合過程也會帶來誤差。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種超聲速或高超聲速彎曲激波壓縮流場氣流參數的快速確定方法，可以近似計算彎曲激波壓縮流場中壁面參數、激波形狀、波后參數、流場內流線形狀、流線上參數以及出口參數，計算方法簡單、快速。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種彎曲激波壓縮流場氣流參數的快速確定方法，分別獨立計算壓縮壁面發出的壓縮波系與彎曲激波反射的膨脹波系造成的流動參數的變化，在計算過程中，將原流場中的壓縮波系簡化為匯聚于點S的Prandtl-Meyer壓縮波，將原流場中的膨脹波系簡化為經過點S的一道膨脹波，根據簡化后的Prandtl-Meyer壓縮波和膨脹波快速確定流場中的壓縮壁面參數、彎曲激波形狀、波后參數、流場內流線形狀、流線上參數以及出口參數。

設自由來流的馬赫數、壓力和流動方向角分別為M_∞、p_∞和θ_∞，壓縮壁面的前緣點與彎曲激波的前緣點重合，記為點O_start(0,0)，壓縮壁面的末端點記為W_end，彎曲激波的末端點記為S_end；壓縮壁面的形狀為y_w＝f(x_w)，0≤x_w≤L；根據壓縮壁面形狀計算點O_start位置的流動方向角θ_start，然后根據氣體動力學中的斜激波關系計算點O_start位置的馬赫數M_start和壓力p_start；

對原流場中其他參數采用如下方法確定：