[發明專利]基于二維搜索的飛行器駐點溫度計算方法

有效

• 申請號: 201710841733.1
• 申請日: 2017-09-18
• 公開（公告）號: CN107563145B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 劉彥明;牛戈釗;張晰
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10
• 代理公司: 西安知誠思邁知識產權代理事務所(普通合伙) 61237
• 代理人: 麥春明

技術領域

本發明屬于氣動熱效應技術領域，特別是涉及一種適用于學術研究及實際工程應用的基于二維搜索的飛行器駐點溫度計算方法。

背景技術

臨近空間高超聲速飛行器具有得天獨厚的軍事戰略地位，以此為背景的各項科學研究相繼展開。與傳統航空器相比，高超聲速飛行器除了速度的顯著提高，在高超聲速飛行環境下氣動熱效應衍生的等離子鞘，會給雷達探測信號造成電磁干擾，導致雷達回波出現信號強度衰減、相位畸變、頻率色散等問題，進而影響雷達探測的精度和準確性。

為了分析等離子鞘對雷達目標探測的影響程度，需要通過計算等離子鞘的反射系數，以此來模擬仿真等離子鞘包覆下高超聲速飛行器的雷達回波信號。等離子鞘的反射系數會隨著飛行器駐點溫度的變化而變化，因此提供穩健的飛行器駐點溫度對于準確分析等離子鞘對雷達目標探測的影響具有關鍵性的作用。

解決飛行器駐點溫度問題，主要有兩種方法：

1)CFD(計算流體力學)軟件仿真方法。CFD從基本物理定理出發，結合數值模擬和計算機實驗，可以用低成本模擬較復雜或較理想的物理過程。但受計算量的限制，一次計算只能獲得固定飛行高度、速度條件下的駐點溫度數據，很難獲得連續高度和速度范圍內的駐點溫度計算結果，且計算結果與實際值的對比誤差有待考證。

2)傳統飛行器駐點溫度計算方法。傳統方法計算過程極為簡單，但所牽扯的參數比較多樣，均是以式(1)為基礎，結合飛行環境參數完成的。

式中，T_s為飛行器駐點溫度，T_o為周圍大氣溫度(單位：K)通過飛行高度可以查詢獲得，k為恢復系數，其值取決于附面層中氣流的流場，層流(流速較慢，平穩的氣流)k＝0.82，紊流(也就是湍流)k＝0.87；γ為空氣的定壓熱容量和定容熱容量之比；Ma為馬赫數。環境溫度T_o數據來自U.S.Goverment Printing Office.U.S.Standard Atmosphere(1976),Washington.D.C.A.1976.。

其中，飛行速度Ma、大氣溫度T_o和恢復系數k都是可以直接或間接查詢獲得的，只有空氣比熱容比γ最為復雜也最為關鍵，該值與大氣壓力和溫度相關，不能由飛行速度和高度查詢獲得?？諝獗葻崛荼仁怯嬎愀叱曀倭鲌鲋旭v點溫度、氣流折轉角、激波前后參數比(壓強、溫度、密度)的關鍵參數，一般取其在常溫常壓下的數值1.4。但是，高超聲速流場在氣動熱效應的作用下，流場溫度遠高于常溫，氣壓也不到常壓的六分之一，數值變化超出一個數量級，若仍取常數1.4，則計算結果會出現重大誤差。以駐點溫度計算為例，當流場速度為21.4Ma時，溫度誤差高達54.75％。傳統駐點溫度計算方法中對于空氣比熱容比均取常數，只是根據飛行器的類型會對其取值有所調整。當飛行速度增大時必然導致駐點處溫度增加，而空氣比熱容比的取值并未隨著溫度的增加做出相應的調整，因此傳統駐點溫度計算方法的誤差必然會隨速度的增大而增加。

上述方法中，CFD軟件仿真方法受計算量的限制，一次計算只能獲得固定高度和速度下的駐點溫度，無法得到連續高度和速度范圍內的駐點溫度，且計算結果與實際值的對比誤差有待考證；而傳統飛行器駐點溫度計算方法，駐點溫度是大氣環境參數和飛行速度的函數，由于參數之一的空氣比熱容比會隨飛行速度的變化而變化，導致計算誤差必然會隨速度的增大而增加。因此現有的飛行器駐點溫度計算方法都不再適用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于二維搜索的飛行器駐點溫度計算方法，在只增加了一次搜索運算的條件下增加了計算精度，并獲得連續高度和速度范圍下的駐點溫度，解決了現有技術飛行器駐點溫度不準確、計算不連續的問題。

本發明所采用的技術方案是，一種基于二維搜索的飛行器駐點溫度計算方法，按照以下步驟進行：

步驟1，根據飛行器的飛行高度和飛行速度，建立初始空白查找表γ_M×N；查找表的每行對應飛行器的一個飛行高度，飛行高度H范圍在20-70km，步進2km，查找表的行數為M＝26，M表示飛行器飛行高度的個數；飛行器的第i個飛行高度表示為H_i，i＝1,2,…M；查找表的每列對應飛行器的一個飛行速度V，查找表的列數為N＝41，N表示飛行器的速度個數，第j個飛行速度為V_j；j＝1,2,…N；飛行速度V范圍在5-25Ma，步進0.5Ma；令查找表第i行第j列的數值γ_i,j取0；