[發(fā)明專利]一種帶邊界層排移的二維預(yù)壓縮前體的設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710786522.2
• 申請(qǐng)日: 2017-09-04
• 公開（公告）號(hào): CN107590330B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王振國(guó);徐尚成;王翼;范曉檣;閆郭偉;陸雷;趙星宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/15
• 分類號(hào): G06F30/15;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 陸薇薇

1.一種帶邊界層排移的二維預(yù)壓縮前體的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.設(shè)計(jì)壓力可控流場(chǎng)，其中所設(shè)計(jì)的壓力可控流場(chǎng)為二維壓力可控流場(chǎng)，該二維壓力可控流場(chǎng)由二維斜激波依賴流場(chǎng)和主壓縮流場(chǎng)兩部分組合而成；

S1.1求解二維斜激波依賴流場(chǎng)

S1.1.1求解給定激波角的二維斜激波后流場(chǎng)

給定激波角β和來流條件，來流條件包括靜壓p、速度v、密度ρ、馬赫數(shù)Ma；根據(jù)斜激波關(guān)系式(1)～(4)求解得到給定激波角β的斜激波后的流動(dòng)參數(shù)即壓比p₂/p₁、密度比ρ₂/ρ₁、V₂、Ma₂以及激波角β所對(duì)應(yīng)的物面角θ₂：

其中：γ＝1.4，p₁、ρ₁、v₁分別表示斜激波前壓力、密度以及速度；p₂、ρ₂、v₂分別表示斜激波后壓力、密度以及速度；Ma₁表示斜激波前馬赫數(shù)；Ma₂表示斜激波后馬赫數(shù)；

再由式(5)可得到激波角β所對(duì)應(yīng)的物面角θ₂；

二維斜激波后流場(chǎng)為均勻流場(chǎng)，故至此完成了對(duì)激波角為β的二維斜激波后流場(chǎng)的求解；

S1.1.2確定斜激波依賴流場(chǎng)

定義一點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，過坐標(biāo)原點(diǎn)且水平向右為x軸，與x軸垂直且方向向下為y軸；坐標(biāo)原點(diǎn)也作為激波起始點(diǎn)，同時(shí)也是壁面起始點(diǎn)；給定進(jìn)氣道唇口中心點(diǎn)，進(jìn)氣道唇口中心點(diǎn)同時(shí)也是初始激波終止點(diǎn)，其坐標(biāo)為給定值；激波起始點(diǎn)與進(jìn)氣道唇口中心點(diǎn)間的連線表示激波角為β的初始激波；

過激波起始點(diǎn)作與x軸成θ₂夾角的直線，過進(jìn)氣道唇口中心點(diǎn)作與x軸夾角為180°-α的直線，所作的兩直線交于一點(diǎn)，該點(diǎn)為第一點(diǎn)，由此確定出第一點(diǎn)的位置；同時(shí)得到激波起始點(diǎn)與第一點(diǎn)間的連線且該連線為斜激波依賴流場(chǎng)壁面線，進(jìn)氣道唇口中心點(diǎn)與第一點(diǎn)4間的連線；其中

α＝θ₂+arcsin(1/Ma₂) (6)

式中θ₂、Ma₂分別表示激波角為β的初始激波后的流動(dòng)角和馬赫數(shù)；

由此完全確定出由飛行器前體產(chǎn)生的激波角為β的初始激波線、斜激波依賴流場(chǎng)壁面線以及進(jìn)氣道唇口中心點(diǎn)與第一點(diǎn)間的連線形成的二維斜激波依賴流場(chǎng)；

S1.2求解主壓縮流場(chǎng)

S1.2.1給定主壓縮流場(chǎng)壓力分布：

式中，自變量x代表橫坐標(biāo)，取值范圍為x₄＜x＜L₁，其中L₁為給定的飛行器前體長(zhǎng)度，z表示主壓縮流場(chǎng)所處空間展向位置，其范圍為-z_c＜z＜z_c，其中z_c為給定值，其物理意義為壓力可控前體的邊界；k_z為只與z相關(guān)的量，滿足0＜k_z＜1，通過改變k_z，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力分布在z方向上的控制；式(7)中P₂為激波角為β的斜激波后壓力值，由S1.1求解過程得到，P(x,z)與斜激波依賴流場(chǎng)壁面線上的壓力值在第一點(diǎn)處相切，由此實(shí)現(xiàn)了通過壓力函數(shù)P(z,x)控制流向x方向和展向z方向上的壓力分布；

S1.2.2對(duì)進(jìn)氣道唇口中心點(diǎn)與第一點(diǎn)間的連線上的點(diǎn)進(jìn)行離散，作為主壓縮流場(chǎng)求解的初始條件，離散精度為使離散后的離散點(diǎn)間的間距在10^-2米以下；二維斜激波后流場(chǎng)為均勻流場(chǎng)即二維斜激波后流場(chǎng)參數(shù)不變，故各離散點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)均相等，其數(shù)值由S1.1求解過程得到；

S1.2.3對(duì)z在其自變量范圍內(nèi)進(jìn)行離散，以求解各離散值對(duì)應(yīng)的不同展向位置的主壓縮流場(chǎng)，離散精度為使離散后的離散點(diǎn)間的間距在10^-2米以下且保留z＝0的情況，稱z＝0時(shí)求解的流場(chǎng)為對(duì)稱面上主壓縮流場(chǎng)；

S1.2.4求解對(duì)稱面上主壓縮流場(chǎng)

以進(jìn)氣道唇口中心點(diǎn)與第一點(diǎn)間的連線上取得的各離散點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)和壓力曲線P(x,z)作為求解對(duì)稱面上主壓縮流場(chǎng)的輸入條件，求解對(duì)稱面上主壓縮流場(chǎng)壁面線及由對(duì)稱面上主壓縮流場(chǎng)壁面線、進(jìn)氣道唇口中心點(diǎn)與第一點(diǎn)間的連線、和由進(jìn)氣道唇口中心點(diǎn)與對(duì)稱面上主壓縮流場(chǎng)壁面線上橫坐標(biāo)為L(zhǎng)₂的點(diǎn)間的連線所形成的對(duì)稱面上主壓縮流場(chǎng)的內(nèi)部點(diǎn)的位置參數(shù)和流動(dòng)參數(shù)；至此完成對(duì)稱面上由進(jìn)氣道唇口中心點(diǎn)與第一點(diǎn)間的連線、進(jìn)氣道唇口中心點(diǎn)與對(duì)稱面上主壓縮流場(chǎng)壁面線上橫坐標(biāo)為L(zhǎng)₂的點(diǎn)間的連線和對(duì)稱面上主壓縮流場(chǎng)壁面線所形成的對(duì)稱面上主壓縮流場(chǎng)的求解；

由斜激波依賴流場(chǎng)壁面線和對(duì)稱面上主壓縮流場(chǎng)壁面線所組成的曲線為對(duì)稱面上壓力可控流場(chǎng)壁面線；

S1.2.5由對(duì)稱面上壓力可控流場(chǎng)壁面線、激波角為β的初始激波線和進(jìn)氣道唇口中心點(diǎn)與對(duì)稱面上主壓縮流場(chǎng)壁面線上橫坐標(biāo)為L(zhǎng)₂的點(diǎn)間的連線所形成的流場(chǎng)區(qū)域即為對(duì)稱面對(duì)應(yīng)的完整的壓力可控流場(chǎng)；

S1.2.6對(duì)于z的其他離散值，均采用求解對(duì)稱面上主壓縮流場(chǎng)相同的方法求解各離散值對(duì)應(yīng)的不同展向位置的主壓縮流場(chǎng)；同樣在求解過程中能夠得到各離散值對(duì)應(yīng)的壓力可控流場(chǎng)以及對(duì)應(yīng)的壓力可控流程壁面線；

S2基于壓力可控流場(chǎng)的飛行器二維預(yù)壓縮前體設(shè)計(jì)

基于壓力可控流場(chǎng)的飛行器二維預(yù)壓縮前體關(guān)于對(duì)稱面對(duì)稱，先設(shè)計(jì)關(guān)于對(duì)稱面一半的前體型面，然后通過對(duì)稱變換得到完整預(yù)壓縮前體型面，方法如下：

通過S1的求解可得到對(duì)z離散后每個(gè)離散值對(duì)應(yīng)的主壓縮流場(chǎng)以及各離散值對(duì)應(yīng)的壓力可控流場(chǎng)壁面線，其中包括z＝z_c時(shí)對(duì)應(yīng)求解得到的壓力可控流場(chǎng)壁面線；

使用商業(yè)軟件SolidWorks中的放樣曲線，對(duì)各離散值對(duì)應(yīng)的壓力可控流場(chǎng)壁面線末端點(diǎn)進(jìn)行放樣得到第一曲線，再使用SolidWorks中的曲面放樣功能，以各離散值對(duì)應(yīng)的壓力可控流場(chǎng)壁面線為輪廓線，以第一曲線為引導(dǎo)線，放樣得到由對(duì)稱面上壓力可控流場(chǎng)壁面線、第一曲線和z＝z_c時(shí)對(duì)應(yīng)求解得到的壓力可控流場(chǎng)壁面線所構(gòu)成的曲面，再通過對(duì)稱變換即得到完整的帶邊界層排移能力的二維預(yù)壓縮前體型面。