[發明專利]一種基于氣體密度變量搜索的乘波體設計方法及介質

有效

• 申請號: 201811340682.5
• 申請日: 2018-11-12
• 公開（公告）號: CN109515738B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 李國良;龔安龍;紀楚群;周偉江;楊云軍
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: B64F5/00
• 分類號: B64F5/00;B64C1/00;B64C30/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

一種基于氣體密度變量搜索的乘波體設計方法，通過對激波生成體的設計來調節激波流場，在空間流場的每一個站位點沿法向方向進行密度梯度搜索，尋找密度梯度的最大值的網格點，將空間網格進行壓縮，使得最外層網格落在密度梯度最大網格點處；對空間最外層網格面采用Akima樣條插值法進行光順；根據目標飛行器的長寬比約束對網格面進行切割得到乘波面前緣，采用流線追蹤法獲得乘波面。本發明與乘波體正設計方法相比具有可以通過調節激波生成體的形狀來改變激波外形，能夠突破升阻比的限制；此外空間流場計算采用激波捕捉法，相比于激波裝配法具有收斂快、魯棒性強的優勢。

技術領域

本發明涉及一種基于氣體密度變量搜索的乘波體設計方法及介質，屬于飛行器氣動布局設計領域。

背景技術

先進氣動布局是高超聲速飛行器發展的核心技術之一，乘波體是一種典型的高超聲速氣動構型，其顯著特點是在設計狀態激波完全附著于整個飛行器前緣。迎風面激波后壓力快速增長，從而產生較高的升阻比。升阻比是反應高超聲速飛行器氣動特性非常重要的一個參數。直接關系到飛行器能夠達到的航程及橫向機動能力等關鍵戰技術指標。乘波體設計是當前國際上高超聲速飛行器氣動布局研究的重點和熱點之一。

目前乘波體設計主要有兩類方法：正設計和反設計方法。正設計方法是給定基本流場，通過流動捕獲管與激波的交線確定乘波體前緣，然后進行流線追蹤獲得成波構型。反設計方法是從激波形狀出發反向迭代求解流場，再根據流線追蹤得到乘波外形，如密切錐方法。正設計方法比如錐導乘波體等是基于擬二維流場，流場模擬準確，但是激波形狀相對固定，存在升阻比極限。反設計方法雖然可以指定激波形狀，擴大設計空間，但是流場忽略了橫向流動，適用范圍小，難以精確保證乘波性能。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種基于氣體密度變量搜索的乘波體設計方法，通過對激波生成體的設計來調節激波流場，在空間流場的每一個站位點沿法向方向進行密度梯度搜索，尋找密度梯度的最大值的網格點，將空間網格進行壓縮，使得最外層網格落在密度梯度最大網格點處；對空間最外層網格面采用Akima樣條插值法進行光順；根據目標飛行器的長寬比約束對網格面進行切割得到乘波面前緣，采用流線追蹤法獲得乘波面。

本發明目的通過以下技術方案予以實現：

一種基于氣體密度變量搜索的乘波體設計方法，包括如下步驟：

步驟一、建立激波生成體，將激波生成體的計算域劃分為空間網格；

步驟二、采用激波捕捉法對步驟一中的激波生成體的計算域進行流場計算，獲得流場穩定解；所述流場穩定解包括所有空間網格的空氣密度；

步驟三、在激波生成體的計算域的任一流向剖面內，根據步驟二中所述的所有空間網格的空氣密度，獲得任一周向的空氣密度梯度最大的空間網格，計算該周向上空氣密度梯度最大的空間網格到激波生成體的壁面的距離作為第一距離，計算激波生成體的壁面與該周向上所有空間網格的最大距離作為第二距離，然后計算第一距離與第二距離的比值；將該周向上所有空間網格到激波生成體的壁面的距離均乘以所述比值，獲得激波生成體的激波面；

步驟四、根據乘波體的長寬比，沿激波面的流向迎風面選取一個切割位置，對激波面進行切割，得到切割線，調整切割位置，直到切割線的長度和寬度滿足乘波體的長寬比要求；

步驟五、根據乘波體的裝填比，獲得乘波體的背風面。

上述基于氣體密度變量搜索的乘波體設計方法，步驟一中所述的空間網格為單塊結構網格。

上述基于氣體密度變量搜索的乘波體設計方法，在所述步驟三和步驟四之間，對激波面采用采用Akima樣條插值法進行光順。

上述基于氣體密度變量搜索的乘波體設計方法，將步驟四中的切割線作為乘波體的前緣線，步驟五中獲得乘波體的背風面后，根據所述前緣線和乘波體的工藝要求對乘波體的前緣進行鈍化。