[發(fā)明專利]完全氣動(dòng)過(guò)渡的三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道設(shè)計(jì)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910442230.6
• 申請(qǐng)日: 2019-05-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110188447A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李怡慶;趙鍵;江威;孫通
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 南昌洪達(dá)專利事務(wù)所 36111
• 代理人: 劉凌峰

本發(fā)明公開(kāi)了完全氣動(dòng)過(guò)渡的三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道設(shè)計(jì)方法，包括三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道，三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道包括三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道壓縮面、三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道唇口、三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道肩部型線、三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道隔離段，步驟如下：1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用特征線法求解軸對(duì)稱基本流場(chǎng)；2)設(shè)計(jì)三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道初始出口類矩形截面，并在基本流場(chǎng)中進(jìn)行流線追蹤；3)根據(jù)入口、出口截面二維投影圖確定流線放大比例，應(yīng)用放大后的流線進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換生成三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道壓縮型面；4)以三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道壓縮型面為基礎(chǔ)對(duì)高超聲速三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道進(jìn)行幾何構(gòu)造，將三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道肩部型線向后等直拉伸得到三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道隔離段。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種完全氣動(dòng)過(guò)渡的三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

臨近空間飛行器的發(fā)展涉及國(guó)家安全與和平利用空間，是目前國(guó)際競(jìng)相爭(zhēng)奪空間技術(shù)的焦點(diǎn)之一。以美國(guó)、俄羅斯為代表的世界強(qiáng)國(guó)都在大力推進(jìn)各自的高超聲速飛行研制計(jì)劃。而超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)作為實(shí)現(xiàn)高超聲速飛行器的關(guān)鍵技術(shù)，更是世界各國(guó)爭(zhēng)相關(guān)注的熱門(mén)領(lǐng)域之一。進(jìn)氣道位于高超聲速飛行器推進(jìn)系統(tǒng)的最前部，直接與高超聲速飛行器前體相連接，起著壓縮來(lái)流，為下游提供盡可能多高能氣流的作用。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展人們提出了一系列高超聲速進(jìn)氣道形式，主要包括：二元式進(jìn)氣道、軸對(duì)稱式進(jìn)氣道、側(cè)壓式進(jìn)氣道，并就它們的設(shè)計(jì)方法、流動(dòng)特征、工作特性、工程設(shè)計(jì)研究等問(wèn)題開(kāi)展了研究。此外，國(guó)外研究人員還提出了一系列三維內(nèi)收縮高超聲速進(jìn)氣設(shè)計(jì)思路和方案。如：美國(guó)Astrox公司的P.K.Ajay等提出的“Funnel”型進(jìn)氣道概念；美國(guó)航天宇航研究中心的M.K.Smart等提出的將矩形進(jìn)口光滑轉(zhuǎn)為橢圓形出口；美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)F.S.Billig等提出的流線追蹤Busemann進(jìn)氣道的思路等。在國(guó)內(nèi)，尤延鋮等學(xué)者率先將外流乘波理論運(yùn)用在進(jìn)氣道內(nèi)流研究中，提出了一種被稱為內(nèi)乘波式的三維內(nèi)收縮高超聲速進(jìn)氣道。數(shù)值模擬和高焓風(fēng)洞試驗(yàn)證實(shí)：設(shè)計(jì)狀態(tài)下，該進(jìn)氣道可以全流量捕獲來(lái)流；在非設(shè)計(jì)狀態(tài)，該類進(jìn)氣道可以通過(guò)進(jìn)口的自動(dòng)溢流，明顯改善低馬赫數(shù)工作能力，因而具有較好的總體特性。

雖然在高超聲速進(jìn)氣道研究領(lǐng)域，各項(xiàng)研究已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，部件性能也在不斷提升。然而，按照傳統(tǒng)的流線追蹤法生成的進(jìn)氣道進(jìn)出口形狀必然一致。M.K.Smart也只是通過(guò)型面變換將矩形進(jìn)口光滑轉(zhuǎn)為橢圓形出口，這會(huì)犧牲三維內(nèi)轉(zhuǎn)進(jìn)氣道的氣動(dòng)性能。迄今為止，科研人員尚未得到可以直接流線追蹤生成類矩形進(jìn)口完全氣動(dòng)過(guò)渡至橢圓形出口的三維內(nèi)轉(zhuǎn)進(jìn)氣道設(shè)計(jì)方法。由此可見(jiàn)，提供一種完全氣動(dòng)過(guò)渡的三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道設(shè)計(jì)方法對(duì)提高高超聲速三維內(nèi)轉(zhuǎn)進(jìn)氣道性能與應(yīng)用范圍具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種完全氣動(dòng)過(guò)渡的三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：完全氣動(dòng)過(guò)渡的三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道設(shè)計(jì)方法，包括三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道，所述三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道包括三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道壓縮面、三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道唇口、三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道肩部型線、三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道隔離段，所述三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道的進(jìn)口為類矩形，三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道的出口為橢圓形，所述三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道壓縮型面于三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道肩部型線處轉(zhuǎn)平進(jìn)入三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道隔離段，三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道唇口位置由設(shè)計(jì)條件下三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道入射激波反射點(diǎn)位置確定，三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道設(shè)計(jì)錐切面上流線與三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道初始錐切面上流線在二維投影圖內(nèi)的投影距離的比值為這一錐切面內(nèi)流線放大比例，根據(jù)這一錐切面內(nèi)流線放大比例，以進(jìn)氣道前緣點(diǎn)為基點(diǎn)放大軸對(duì)稱基本流場(chǎng)內(nèi)對(duì)應(yīng)的流線，運(yùn)用相同方法，計(jì)算每個(gè)錐切面內(nèi)流線的放大比例，并將放大后的流線布置于對(duì)應(yīng)錐切面內(nèi)得到三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道壓縮型面，方法步驟如下：

1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用特征線法求解軸對(duì)稱基本流場(chǎng)；

2)設(shè)計(jì)三維方轉(zhuǎn)橢圓進(jìn)氣道初始出口類矩形截面，并在步驟1)所述基本流場(chǎng)中進(jìn)行流線追蹤；