[發明專利]一種流線追蹤軸對稱曲面錐流場的雙后掠乘波體設計方法

有效

• 申請號: 202010522540.1
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111688905B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 衛鋒;賀旭照;賀元元;吳穎川;馬志成;丁國昊;張俊韜;秦思
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心
• 主分類號: B64C1/00
• 分類號: B64C1/00;B64F5/00;B64C30/00
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 陳炳萍

本發明屬于高超聲速飛行器空氣動力學外形設計領域，公開了一種流線追蹤軸對稱曲面錐流場的雙后掠乘波體設計方法，通過給定基本型線和參數，計算生成雙后掠軸對稱曲面錐流場，在雙后掠軸對稱曲面錐流場的后緣截面，根據雙后掠乘波體的寬度確定后緣激波型線，給定約束條件，獲取雙后掠乘波體前緣線沿軸向投影于后緣截面內的投影曲線，投影曲線沿對稱中心軸軸向向前掃掠所形成的曲面與雙后掠軸對稱曲面錐流場的激波面相交，生成雙后掠乘波體前緣線，并通過順向流線追蹤，形成雙后掠乘波體乘波面，獲取雙后掠乘波體自由流面和雙后掠乘波體后緣截面，完成乘波體設計。本發明所設計構型具有高升阻比、高容積率、寬速域性能等優勢。

技術領域

本發明涉及高超聲速飛行器空氣動力學外形設計領域，具體為一種流線追蹤軸對稱曲面錐流場的雙后掠乘波體設計方法。

背景技術

乘波體是一種通過附著激波將高壓氣流限制在飛行器下表面阻止高壓氣流外泄，從而有效突破傳統高超聲速飛行器升阻屏障的有效手段，乘波體具有很高的升阻比。經過多年的發展，乘波體已經由早期的單一構型發展出一系列具備不同特征的復雜構型。盡管豐富的乘波體設計方法極大的拓展了設計空間和靈活性，但乘波體面向工程應用依然有諸多限制，主要體現在：1)乘波體容積效率不高；2)乘波體低速狀態下氣動性能較差；3)乘波體縱向穩定性難以保證。

解決這些問題的途徑主要有如下方法：1)利用幾何修形方法改進理論設計的氣動外形；2)發展更廣適應性的乘波體設計方法；3)改善優化軸對稱曲面錐流場。其中，幾何修形雖然在工程上對乘波體的容積效率、低速狀態下的氣動性能及縱向穩定性均有改善作用，但這種手段的靈活性和可控性較差，很難統一提取有效設計參數，受設計人員本身的工程經驗限制。經過國內外大量科技工作者的共同努力，乘波體的設計方法已經非常豐富，主要有流線追蹤、吻切錐、吻切軸對稱流場、吻切流場等方法。

乘波體不僅僅需要面臨容積效率，縱向穩定性及設計點氣動性能等問題，更需要關注低馬赫數端的基本性能，因此，國外研究人員提出了定后掠角乘波體的設計思想，并相繼發展了定常楔形角乘波體、定后掠角密切錐、密切流場乘波體等方法，這些設計方法改善了乘波體的低馬赫數端氣動性能。在定后掠角乘波體設計的思想基礎上，有研究人員提出了通過對設計曲線修改從而實現的雙后掠乘波體概念，雙后掠乘波體外形兼顧了不同速域的氣動性能。

發明內容

本發明意在提供一種流線追蹤軸對稱曲面錐流場的雙后掠乘波體設計方法，解決現有雙后掠乘波體外形依靠流場和幾何近似實現雙后掠乘波體設計的問題。本發明提供的技術方案是：一種流線追蹤軸對稱曲面錐流場的雙后掠乘波體設計方法，包括步驟：

S1、給定基本型線和參數，包括軸對稱曲面錐母線和對應的軸對稱曲面錐激波曲線，所述軸對稱曲面錐激波曲線在其值域范圍內連續且一階導數間斷，且對應間斷點將軸對稱曲面錐激波曲線分為第一后掠激波曲線和第二后掠激波曲線；

S2、迭代法計算所述間斷點在第一后掠激波曲線一側的第一右行特征線和間斷點在第二后掠激波曲線一側的第二右行特征線，所述第一右行特征線和第二右行特征線將曲面錐流場分割為第一曲面錐流場、過渡區域流場和第二曲面錐流場；

S3、給定參數條件，獲取第一后掠激波曲線、第一曲面錐流場和對應的軸對稱曲面錐母線的表達式；

S4、給定參數條件，利用特征線法獲取過渡區域流場的表達式；

S5、給定參數條件，利用特征線法獲取第二曲面錐流場的表達式；

S6、根據步驟S3、S4和S5，生成雙后掠軸對稱曲面錐流場；

S7、在雙后掠軸對稱曲面錐流場的后緣截面，根據雙后掠乘波體的寬度確定后緣激波型線，給定約束條件，獲取雙后掠乘波體前緣線沿軸向投影于后緣截面內的投影曲線；

S8、所述投影曲線沿對稱中心軸軸向向前掃掠所形成的曲面與雙后掠軸對稱曲面錐流場的激波面相交，生成雙后掠乘波體前緣線；