[發(fā)明專利]一種能夠抑制高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩的大尺寸縫隙微結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010560615.5
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111651897B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙瑞;董穎;張新昕;涂國華;郭啟龍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/15;G06F30/17;G06F111/10
• 代理公司: 北京正陽理工知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.一種能夠抑制高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩的大尺寸縫隙微結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一、定義縫隙結(jié)構(gòu)形狀參數(shù)和入射波參數(shù)；

所述能夠抑制高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩的大尺寸縫隙微結(jié)構(gòu)，由在xz平面上周期規(guī)律分布的多個展向縫隙組組成，所述的縫隙組由N個縫隙構(gòu)成(N1)，定義N為周期縫隙數(shù)，單個縫隙的邊長為2b，孔深為H_a(a＝1～N)，相鄰縫隙間的間距為s；定義孔深方向為y方向，與孔深方向垂直的材料表面平面定義為xz平面；定義流向為x方向，展向為z方向；無量綱幾何參數(shù)孔隙率φ由上述參數(shù)表示為φ＝2b/s，無量綱幾何參數(shù)寬深比Ar由上述參數(shù)表示為Ar＝2b/H；入射波頻率為f，入射波波長為λ；

步驟二、確定反射角與縫隙結(jié)構(gòu)形狀參數(shù)和入射波參數(shù)的關(guān)系；

廣義斯奈爾定律表達式為：

其中入射波波數(shù)k₀＝2π/λ，θ_r為反射角，θ_i為入射角，Φ(x)為反射波相位角，將式(1)積分得到反射波相位角表達式：

當反射波相位角沿流向x以式(2)的線性規(guī)律變化時，使得反射波以θ_r的反射角進行反射，故縫隙的間距s應(yīng)滿足：

將波長λ＝c/f，其中c為聲速，帶入到式(3)得到：

最終得到反射角與入射波頻率f、縫隙間距s和周期縫隙數(shù)N的關(guān)系式：

當確定入射波頻率和縫隙間距時，就得到反射角與周期縫隙數(shù)N的關(guān)系，因此能通過改變N的值來獲得目標的反射角；

步驟三：確定反射波相位角與縫隙孔深的關(guān)系；

反射系數(shù)R＝反射波壓強/入射波壓強，反射系數(shù)R的具體表達式為：

其中k_h為孔內(nèi)波波數(shù)，ρ為來流密度，ρ_h為孔內(nèi)流體密度；由反射波壓強＝入射波壓強×反射系數(shù)得知，當入射波相位為0時，反射波相位角等于反射系數(shù)的相位角，由式(6)得知，反射系數(shù)R的相位角是孔深H_a、間隙s和孔隙率φ的函數(shù)；根據(jù)式(6)和步驟二的式(5)確定反射角與周期縫隙數(shù)N的關(guān)系，通過不同深度的縫隙的組合使反射波相位角以步驟二中的規(guī)律變化，從而使擾動波以目標反射角進行反射；

步驟四：將步驟三優(yōu)化得到的能夠控制擾動波反射方向的大尺寸縫隙微結(jié)構(gòu)應(yīng)用于高超聲速飛行器領(lǐng)域，以延遲高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩，提高高超聲速飛行器的氣動力性能和熱防護性能。