[發(fā)明專利]變馬赫數(shù)吻切流場(chǎng)乘波體的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811233191.0
• 申請(qǐng)日: 2018-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN109279044B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柳軍;劉珍;丁峰;陳韶華;張文浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B64F5/00
• 分類號(hào): B64F5/00;B64C30/00;B64C21/00
• 代理公司: 長沙國科天河知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

1.一種變馬赫數(shù)吻切流場(chǎng)乘波體的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S100：根據(jù)所設(shè)計(jì)乘波體的任務(wù)要求，給定設(shè)計(jì)馬赫數(shù)范圍[Ma_min，Ma_max]，以遞減型拋物線方式表示設(shè)計(jì)馬赫數(shù)沿乘波體展向的變化規(guī)律曲線Ma(z)，從而確保設(shè)計(jì)所得乘波體的設(shè)計(jì)馬赫數(shù)變化規(guī)律為中間較小而兩端較大；

Ma(z)＝a*z²+b (1)

其中，Ma表示設(shè)計(jì)馬赫數(shù)，z為乘波體展向位置坐標(biāo)，a和b表示設(shè)計(jì)馬赫數(shù)沿乘波體展向的變化規(guī)律曲線Ma(z)的可變系數(shù)，a為正數(shù)表示設(shè)計(jì)馬赫數(shù)沿乘波體展向?yàn)檫f增曲線，a為負(fù)數(shù)表示設(shè)計(jì)馬赫數(shù)沿乘波體展向?yàn)檫f減曲線，b表示乘波體展向中間截面對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)流場(chǎng)的設(shè)計(jì)馬赫數(shù)，b＞0；

步驟S200：給定變馬赫數(shù)吻切流場(chǎng)乘波體的基本幾何型線：乘波體底部截面的上表面后緣線和激波出口型線，并將激波出口型線均勻離散成若干離散點(diǎn)；

步驟S300：給定來流參數(shù)及激波角β，求解激波出口型線上每個(gè)離散點(diǎn)對(duì)應(yīng)的吻切平面，并根據(jù)設(shè)計(jì)馬赫數(shù)沿乘波體展向的變化規(guī)律曲線Ma(z)求解每個(gè)吻切平面對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)馬赫數(shù)，然后通過求解Taylor-Maccoll流動(dòng)控制方程，得到每個(gè)吻切平面內(nèi)的錐形基準(zhǔn)流場(chǎng)；

步驟S400：應(yīng)用自由流線法，求解每個(gè)吻切平面對(duì)應(yīng)的前緣點(diǎn)，由前緣點(diǎn)流線追蹤至底部截面的后緣點(diǎn)，進(jìn)而得到每個(gè)吻切平面內(nèi)的流線，將每個(gè)吻切平面對(duì)應(yīng)的前緣點(diǎn)光滑連接組成前緣線，將每個(gè)吻切平面的后緣點(diǎn)光滑連接組成下表面后緣線；

步驟S500：各吻切平面內(nèi)的流線放樣生成下表面，前緣線和上表面后緣線放樣生成上表面，上表面后緣線和下表面后緣線組成底面；由上表面、下表面和底面共同組成變馬赫數(shù)吻切流場(chǎng)乘波體氣動(dòng)外形。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變馬赫數(shù)吻切流場(chǎng)乘波體的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟S200中，給定的乘波體底部截面的上表面后緣線和激波出口型線均以各自的中線呈左右對(duì)稱，其中上表面后緣線的曲線方程如公式(2)所示，激波出口型線的曲線方程如公式(3)所示；

y＝a×z³+b×z²+c×z+d (2)

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變馬赫數(shù)吻切流場(chǎng)乘波體的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟S200中，將激波出口型線等間距均勻離散成若干點(diǎn)，并保證不同離散點(diǎn)產(chǎn)生的流線能夠形成光滑曲面。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變馬赫數(shù)吻切流場(chǎng)乘波體的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟S300的實(shí)現(xiàn)方法如下：

步驟S310：在激波出口型線上的所有離散點(diǎn)中任意取一離散點(diǎn)i，得到過該離散點(diǎn)i的曲率圓和過離散點(diǎn)i的曲率圓的圓心和該吻切平面對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)流場(chǎng)的半徑，將離散點(diǎn)i的Z方向坐標(biāo)z₁代入公式(1)中得到離散點(diǎn)i對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)馬赫數(shù)Ma(z₁)；

步驟S320：通過離散點(diǎn)i、過離散點(diǎn)i的曲率圓的圓心和激波角β即可求得離散點(diǎn)i對(duì)應(yīng)的吻切平面內(nèi)的圓錐激波的頂點(diǎn)，進(jìn)而確定過離散點(diǎn)i的吻切平面，并結(jié)合給定的來流參數(shù)求解Taylor-Maccoll流動(dòng)控制方程，得到該過離散點(diǎn)i的吻切平面對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)流場(chǎng)；

步驟S330：對(duì)激波出口型線上的每個(gè)離散點(diǎn)均分別進(jìn)行步驟S310～S320，得到每個(gè)離散點(diǎn)對(duì)應(yīng)的吻切平面及基準(zhǔn)流場(chǎng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的變馬赫數(shù)吻切流場(chǎng)乘波體的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述來流參數(shù)包括來流靜壓以及來流靜溫。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的變馬赫數(shù)吻切流場(chǎng)乘波體的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟S400中，對(duì)激波出口型線上的任一離散點(diǎn)i，在步驟S300中求解得到的過離散點(diǎn)i的吻切平面對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)流場(chǎng)內(nèi)，離散點(diǎn)i和過離散點(diǎn)i的曲率圓的圓心之間的連線與上表面后緣線相交于一點(diǎn)，已知離散點(diǎn)i和過離散點(diǎn)i的曲率圓的圓心之間的連線與上表面后緣線的交點(diǎn)，在過離散點(diǎn)i的吻切平面對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)流場(chǎng)中根據(jù)自由流線法求解即可得到前緣點(diǎn)；從前緣點(diǎn)開始進(jìn)行流線追蹤至乘波體底部截面的后緣點(diǎn)，進(jìn)而得到過離散點(diǎn)i的吻切平面對(duì)應(yīng)的流線。