[發明專利]一種無激波邊界層排移鼓包的設計方法

有效

• 申請號: 201710238758.2
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN107016199B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 王翼;徐尚成;王振國;范曉檣;閆郭偉;熊冰;陸雷
• 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: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 陸薇薇

1.一種無激波邊界層排移鼓包的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)設計回轉體母線的壓力分布曲線；

給定自由來流條件；定義回轉體的轉軸為X軸，給定回轉體母線在X軸上的投影長度L、回轉體母線起始點及其對應的壓力值P₁、回轉體母線上壓力值最大的點及其對應的最大壓力值P₂、回轉體母線末端點及其對應的壓力值P₃；回轉體母線起始點也即鼓包的起始點，回轉體母線末端點也即鼓包的末端點；給定的參數滿足約束：回轉體母線起始點的橫坐標x₁＝0，回轉體母線末端點的橫坐標x₃＝L；回轉體母線起始點的壓力值P₁和回轉體母線末端點的壓力值P₃等于來流的壓力P_∞，即P₁＝P₃＝P_∞；

以回轉體母線上壓力值最大的點為界，將回轉體母線起始點和回轉體母線上壓力值最大的點之間壓力曲線稱為壓升曲線；將回轉體母線上壓力值最大的點和回轉體母線末端點之間壓力曲線稱為壓降曲線；

在壓升曲線設計中，采用正弦擬合的方法，將回轉體母線起始點作為正弦曲線處于上升段的中心對稱點，將回轉體母線上壓力值最大的點作為正弦曲線的最高點，將回轉體母線起始點和回轉體母線上壓力值最大的點的橫坐標x₁、x₂及回轉體母線起始點和回轉體母線上壓力值最大的點的壓力值P₁、P₂帶入正弦函數公式，得到如下方程組：

通過求解該公式就能得到壓升曲線；

在壓降曲線求解中將回轉體母線上壓力值最大的點作為正弦曲線最高點，回轉體母線末端點作為正弦曲線處于下降段的中心對稱點，同樣將回轉體母線上壓力值最大的點的坐標(x₂,P₂)和回轉體母線末端點的坐標(x₃,P₃)帶入正弦函數公式，計算得到壓降曲線；

(2)利用逆向特征線法求解軸對稱外轉壓縮基準流場；

(3)根據鼓包的寬度和高度確定基準流場中心體的半徑；

給定鼓包的寬度W，鼓包的長度等于回轉體母線投影長度L；在軸對稱外轉壓縮基準流場中求解中心體，中心體為圓柱形，以X軸為轉軸，中心體半徑r由下式計算得到：

(4)根據步驟(3)求解得到的圓柱形中心體，作該圓柱形中心體的切平面，稱該切平面為錐導乘波鼓包下表面，該切平面與圓柱中心體交于一直線，稱該直線為錐導乘波鼓包下表面對稱軸，其長度等于L；錐導乘波鼓包下表面與軸對稱外轉壓縮基準流場的交線為前緣線；錐導乘波鼓包下表面對稱軸的起始點同時也是前緣線的中心對稱點；過錐導乘波鼓包下表面對稱軸的末端點作垂直于錐導乘波鼓包下表面對稱軸的直線，并使錐導乘波鼓包下表面對稱軸為該直線的垂直平分線，稱該直線為錐導乘波鼓包下表面后緣線，其長度等于給定鼓包的寬度W；錐導乘波鼓包下表面后緣線交軸對稱外轉壓縮基準流場于兩點，該兩點分別是前緣線起始點和前緣線末端點；

將前緣線按鼓包展向等距離散，在軸對稱外轉壓縮基準流場中分別以前緣線上離散后得到的各離散點為起點進行流線追蹤得到一系列流線，其中以前緣線的中心對稱點為追蹤起點進行流線追蹤得到的流線為對稱面流線；經各流線末端點的擬合且與鼓包下表面相切的曲線稱為錐導乘波鼓包上表面后緣線；

(5)根據給定的后緣型線，重新整合流線得到最終構型；

首先，給定鼓包上表面后緣線曲線，然后用鼓包上表面后緣線曲線替換錐導乘波鼓包上表面后緣線；保持鼓包上表面后緣線曲線和對稱面流線位置不變，改變步驟(4)中流線追蹤得到的其他流線距對稱面流線的橫向距離，使各流線末端點位于與錐導乘波上表面后緣線上高度相等的點的位置；根據新得到的流線相對位置，通過軟件Solidworks曲面放樣功能得到關于對稱面一半的鼓包型面；最后通過對稱得到另一半鼓包的型面，最終形成完整的鼓包型面。