[發明專利]一種基于PIV技術的超聲速翼型的測力方法和裝置

有效

• 申請號: 201710829729.3
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN107818197B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 劉順;徐驚雷;俞凱凱
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 賈郡

1.一種基于PIV技術的超聲速翼型的測力方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟1，根據PIV測得的超聲速流場的速度場，使用MacCormack方法計算對應的密度場和壓力場；

步驟2，基于控制體方法和動量守恒方程，計算超聲速翼型受到的升力系數和阻力系數；

步驟3，基于流線追蹤法和流量守恒定律，對阻力系數進行修正以提高其計算精度；

步驟2中，所述基于控制體方法和動量守恒方程，計算超聲速翼型受到的升力系數和阻力系數，包括如下步驟：

步驟2.1，根據控制體方法，將動量守恒方程整理為如下形式：

F＝-∫∫_Sρ(u·n)udS+∫∫_S(-pn+τ·n)dS，

其中，所述F，u，n，τ，ρ，p和S分別表示超聲速翼型的力矢量，流場的速度矢量，控制體邊界外法線方向上的單位矢量，粘性應力張量，流場的密度，流場的壓力和控制體邊界的面積；

步驟2.2，將步驟2.1所得方程進一步處理，得到超聲速翼型的受力方程為：

F＝∫∫_Sρ(u·n)(u_∞-u)dS+∫∫_S((p_∞-p)n+τ·n)dS，

其中，所述u_∞和p_∞分別表示自由來流處的速度矢量和壓力；

步驟2.3，根據超聲速翼型的受力方程得到二維流場中超聲速翼型受到的升力方程和阻力方程；

步驟2.4，基于二維流場中超聲速翼型受到的升力方程和阻力方程計算超聲速翼型受到的升力系數和阻力系數。

2.根據權利要求1所述的基于PIV技術的超聲速翼型的測力方法，其特征在于，步驟1中，所述根據PIV測得的超聲速流場的速度場，使用MacCormack方法計算對應的密度場和壓力場，包括如下步驟：

步驟1.1，選取氣體狀態方程、熱量狀態方程和N-S方程作為MacCormack方法的基本方程組；

步驟1.2，將PIV測得的速度場帶入上述MacCormack方法的基本方程組，并進行有限差分處理；

步驟1.3，使用MacCormack方法對所述基本方程組進行迭代求解，從而得到超聲速流場的速度場對應的密度場和壓力場。

3.根據權利要求1所述的基于PIV技術的超聲速翼型的測力方法，其特征在于，步驟2.3中，所述二維流場中超聲速翼型受到的升力方程為：

L＝∫ρa(b-b_∞)dy-∫ρb(b-b_∞)dx-∫(p-p_∞)dx，

超聲速翼型受到的阻力方程為：

D＝∫ρa(a-a_∞)dy-∫ρb(a-a_∞)dx+∫(p-p_∞)dy，

其中，所述L，D，a，b，a_∞和b_∞分別表示超聲速翼型受到的升力和阻力，二維流場的速度沿x方向和y方向的分量，自由來流處的速度沿x方向和y方向的分量。

4.根據權利要求3所述的基于PIV技術的超聲速翼型的測力方法，其特征在于，所述超聲速翼型受到的升力系數計算公式為：

超聲速翼型受到的阻力系數計算公式為：

其中，所述C_l，C_d和V_∞分別表示超聲速翼型受到的升力系數，阻力系數，自由來流處的速度大小。