[發(fā)明專利]一種模擬飛行器外流的引射噴管實驗裝置的設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010847794.0
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN112035952B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃河峽;魯世杰;李子杰;秦源;譚慧俊;林正康;馬志明
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/28;G06F111/04;G06F111/10;G06F113/08;G06F113/28
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

1.一種模擬飛行器外流的引射噴管實驗裝置的設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)提供飛行器飛行馬赫數(shù)及引射噴管實驗裝置原型，該實驗裝置原型包括圓轉(zhuǎn)圓法蘭段(1)、與圓轉(zhuǎn)圓法蘭段后端同軸連接的主噴管段(2)、圍繞主噴管段的次流噴管段(9)、外流噴管段(8)；外流噴管段(8)包括圍繞次流噴管段(9)的中心體(14)、圍繞中心體的外罩(15)；所述次流噴管段(9)包括次流噴管(5)，中心體(14)圍繞次流噴管(5)；中心體面對外罩的內(nèi)表面自前向后逐漸向次流噴管(5)一側(cè)靠近而形成擴張型面；所述外罩面對中心體的表面自前向后逐漸向外擴張，且外罩的內(nèi)表面向后延伸的長度超過中心體的內(nèi)表面向后延伸的長度；

(2)基于提供的飛行馬赫數(shù)，確定外流噴管(8)擴張比，并通過特征線法得到外流噴管子午面的初始型線(11)，若該型線滿足已有實驗裝置的幾何約束和流量約束，則進行步驟(6)，若不滿足，則進行步驟(3)；

通過特征線法得到的外流噴管子午面型線(11)為無粘理論設(shè)計方案，根據(jù)當(dāng)?shù)剡吔鐚游灰坪穸葘Ρ诿孢M行邊界層修正；

修正公式如下：

x＝x₀-δ^*sinθ

y＝y(tǒng)₀+δ^*cosθ

式中，x₀、y₀為按照無粘流設(shè)計得到的外流噴管(8)上壁面(12)坐標及下壁面(13)坐標，θ為壁面對x軸的傾斜角；按照無粘理論設(shè)計出外流噴管(8)壁面型線后，再計算出壁面各點對x軸的傾斜角，根據(jù)上述修正公式得出邊界層修正后的壁面坐標值；δ^*為當(dāng)?shù)剡吔鐚游灰坪穸?，計算公式如下?/p>

δ^*＝x·tgβ

β＝a₀+a₁Ma+a₂Ma²+a₃Ma³+a₄Ma⁴+a₅Ma⁵

a₀＝-7.16665

a₁＝6.694431

a₂＝-2.209718

a₃＝0.3385411

a₄＝-0.023611065

a₅＝0.00060763751

式中，β為特征角度，其值為關(guān)于馬赫數(shù)Ma的單值函數(shù)，a₀、a₁、a₂、a₃、a₄和a₅均為經(jīng)驗值；

(3)調(diào)整外流噴管(8)的非對稱因子G和喉道高度h，使外流噴管的下壁面(13)滿足次流噴管(5)的幾何約束，同時滿足實驗臺的流量約束；外流噴管(8)的非對稱因子G定義為下壁面(13)初始膨脹角δ_L與上壁面(12)初始膨脹角δ_U之比，即

非對稱因子G的數(shù)值在0到1之間，G＝0表示下壁面沿軸線方向，G＝1表示上下壁面對稱；下壁面(13)為上述中心體面對外罩的內(nèi)表面；上壁面(12)為上述外罩面對中心體的內(nèi)表面；

(4)當(dāng)非對稱因子G1時，下壁面長度小于上壁面；壁面進口處發(fā)出的膨脹波在下壁面反射，下壁面反射波與上壁面尖點發(fā)出的膨脹波相交，直到某一道反射波與上尖點最后一道膨脹波相互作用后的馬赫數(shù)等于設(shè)計馬赫數(shù)，全部核心區(qū)流動得以確定；

(5)確定外流噴管(8)上、下壁面點；具體步驟為，首先由喉道高度h的上下兩端點確定為點a和點d，設(shè)b點，且ab為一弧線，該ab弧線圓心位于da延長線上，圓弧半徑取0.05，ab弧線圓心角度即為上壁面初始膨脹角δ_U，由此確定點b；同時當(dāng)G1時，設(shè)e點，使de為直線，由此確定點e，接著通過特征線法不斷計算膨脹波的反射與相交，直到某一道反射波與上尖點最后一道膨脹波相交后馬赫數(shù)為設(shè)計馬赫數(shù)得到點f，最后由壁面消波確定上、下壁面各點，即c和f，得到非對稱外流噴管子午面型線(11)；

(6)將外流噴管子午面型線(11)繞實驗裝置軸線回轉(zhuǎn)得到三維模型，并由此設(shè)計外流穩(wěn)壓段(6)和外流分布式進氣段(7)。