[發(fā)明專利]一種二元超聲速可調(diào)進(jìn)氣道再起動(dòng)邊界預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011307071.8
• 申請(qǐng)日: 2020-11-20
• 公開（公告）號(hào): CN112651187B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚慧俊;金毅;李鑫;郭赟杰;孫姝;張悅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/28
• 分類號(hào): G06F30/28;G06F30/15;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

1.一種二元超聲速可調(diào)進(jìn)氣道再起動(dòng)邊界預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、已知進(jìn)氣道外壓縮角θ₁，結(jié)合來(lái)流馬赫數(shù)M₀、靜壓p₀和總壓根據(jù)激波基本關(guān)系式得到進(jìn)氣道入口主流的馬赫數(shù)M_in、靜壓p_in和總壓

(2)、根據(jù)Zukoski對(duì)高雷諾數(shù)下湍流邊界層誘導(dǎo)分離提出的分離區(qū)內(nèi)的壓力預(yù)估公式，結(jié)合步驟(1)得到的入口主流的馬赫數(shù)M_in和靜壓p_in，得到分離包的平臺(tái)壓力p_s，分離激波后主流的靜壓p₁和分離包的平臺(tái)壓力p_s相等；

(3)、根據(jù)步驟(1)和步驟(2)已知進(jìn)氣道入口主流的馬赫數(shù)M_in、靜壓p_in和分離激波后主流的靜壓p₁，結(jié)合激波基本關(guān)系式得出分離包的氣動(dòng)楔角α_s、分離激波后主流的馬赫數(shù)M₁以及總壓

(4)、結(jié)合步驟(3)得出的分離包的氣動(dòng)楔角α_s和唇罩壓縮角θ₂，根據(jù)以下公式計(jì)算得到分離激波后主流的等效唇罩壓縮角θ'₂；

θ’₂＝α_s+θ₂；

(5)、根據(jù)步驟(3)和步驟(4)已知的分離激波后主流的馬赫數(shù)M₁和等效唇罩壓縮角θ'₂，結(jié)合激波基本關(guān)系式，判斷唇罩激波的狀態(tài)，分別為脫體唇罩激波或附體唇罩激波，并根據(jù)唇罩激波的狀態(tài)，分別進(jìn)入步驟(6)或者步驟(12)；

(6)、當(dāng)根據(jù)步驟(5)判斷唇罩激波的狀態(tài)為脫體唇罩激波時(shí)，且由步驟(3)已知分離激波后主流的馬赫數(shù)M₁以及總壓根據(jù)激波基本關(guān)系式得到唇罩激波后主流的總壓由于氣流經(jīng)過分離包頂部膨脹扇時(shí)總壓不變，因此經(jīng)過分離包頂部膨脹扇后主流的總壓與唇罩激波后主流的總壓相等；

(7)、分離包內(nèi)為等壓區(qū)，分離激波后主流的靜壓p₁和經(jīng)過分離包頂部膨脹扇后主流的靜壓p₃相等，而步驟(2)已經(jīng)得到分離激波后主流的靜壓p₁，因此經(jīng)過分離包頂部膨脹扇后主流的靜壓p₃也是已知的，根據(jù)步驟(6)中已知的經(jīng)過分離包頂部膨脹扇后主流的總壓結(jié)合激波基本關(guān)系式解得經(jīng)過分離包頂部膨脹扇后主流的馬赫數(shù)M₃；

(8)、根據(jù)步驟(7)求解的經(jīng)過分離包頂部膨脹扇后主流的馬赫數(shù)M₃和總壓結(jié)合激波基本關(guān)系式，得到分離包頂部膨脹扇后主流經(jīng)過單道正激波后的總壓設(shè)單道正激波造成的總壓損失約為整個(gè)激波串總壓損失的70％，則求解得到分離包頂部膨脹扇后主流經(jīng)過整個(gè)激波串后的總壓

(9)、由于激波串后的主流到喉道之間不存在額外的總壓損失，因此喉道的總壓與激波串后的總壓相等，結(jié)合步驟(1)中已知的進(jìn)氣道入口主流的總壓根據(jù)下式計(jì)算得到進(jìn)氣道入口到喉道的總壓恢復(fù)系數(shù)σ_t；

(10)、根據(jù)步驟(1)所得的進(jìn)氣道入口主流的馬赫數(shù)M_in，求解入口流量函數(shù)q(M_in)，同時(shí)經(jīng)過激波串后主流在喉道附近達(dá)到了聲速，因此認(rèn)為喉道馬赫數(shù)M_t為1，求解得到喉道流量函數(shù)q(M_t)；

(11)、根據(jù)步驟(9)求解的進(jìn)氣道入口到喉道的總壓恢復(fù)系數(shù)σ_t、以及步驟(10)求解的入口流量函數(shù)q(M_in)和喉道流量函數(shù)q(M_t)，結(jié)合進(jìn)氣道內(nèi)收縮比的求解公式：

其中，q(M_t)為喉道處的流量函數(shù)；q(M_in)為進(jìn)氣道入口處的流量函數(shù)，進(jìn)氣道入口的流動(dòng)狀態(tài)與入口主流的流動(dòng)狀態(tài)相同；最終得到進(jìn)氣道在脫體唇罩激波狀態(tài)下的再起動(dòng)內(nèi)收縮比ICR，并進(jìn)入步驟(22)；

(12)、當(dāng)根據(jù)步驟(5)判斷唇罩激波的狀態(tài)為附體唇罩激波時(shí)，根據(jù)激波基本關(guān)系式可以得到唇罩激波后主流的馬赫數(shù)M₂和總壓接下來(lái)與步驟(7)所采用的方法相同，得到經(jīng)過分離包頂部膨脹扇后主流的馬赫數(shù)M₃和總壓

(13)、在由步驟(12)已知唇罩激波后主流的馬赫數(shù)M₂和經(jīng)過分離包頂部膨脹扇后主流的馬赫數(shù)M₃的前提下，根據(jù)普朗特-梅耶膨脹波計(jì)算公式，求得唇罩激波后主流經(jīng)過分離包頂部膨脹扇的膨脹角ν₂₃；

(14)、膨脹扇在固壁上反射形成反射膨脹扇，主流經(jīng)過同樣的膨脹角后再次加速，結(jié)合步驟(12)得出的經(jīng)過分離包頂部膨脹扇后主流的馬赫數(shù)M₃和步驟(13)得出的膨脹角ν₂₃，根據(jù)普朗特-梅耶膨脹波計(jì)算公式和激波基本關(guān)系式，求得經(jīng)過反射膨脹扇再次加速后，反射膨脹扇后主流的馬赫數(shù)M₄和總壓

(15)、給定一個(gè)初始內(nèi)收縮比，得到可調(diào)進(jìn)氣道內(nèi)收縮段的幾何條件，進(jìn)一步的，結(jié)合步驟(13)中得到的膨脹角ν₂₃，得到分離包的再附壓縮角θ₃；

(16)、結(jié)合步驟(14)得到的經(jīng)過反射膨脹扇后主流的馬赫數(shù)M₄和步驟(15)得到的分離包的再附壓縮角θ₃，根據(jù)激波基本關(guān)系式，得到再附激波后主流的馬赫數(shù)M₅和總壓

(17)、再附激波后進(jìn)氣道內(nèi)通道基本為等直段，喉道處主流的參數(shù)與再附激波后主流的參數(shù)相同，即根據(jù)步驟(16)中求解的結(jié)果得到了喉道處主流的馬赫數(shù)M_t和總壓

(18)、由步驟(1)得到的進(jìn)氣道入口的總壓和步驟(17)得到的喉道處的主流總壓得到進(jìn)氣道入口到喉道的總壓恢復(fù)系數(shù)σ_t；

(19)、根據(jù)步驟(1)所得的進(jìn)氣道入口的馬赫數(shù)M_in求解入口流量函數(shù)q(M_in)，同時(shí)根據(jù)步驟(17)中得到的喉道處的馬赫數(shù)M_t，求解得到喉道流量函數(shù)q(M_t)；

(20)、根據(jù)步驟(18)求解的進(jìn)氣道入口到喉道的總壓恢復(fù)系數(shù)σ_t、以及步驟(19)求解的入口流量函數(shù)q(M_in)和喉道流量函數(shù)q(M_t)，結(jié)合進(jìn)氣道內(nèi)收縮比的求解公式：

其中，q(M_t)為喉道處的流量函數(shù)；q(M_in)為進(jìn)氣道入口處的流量函數(shù)，進(jìn)氣道入口的流動(dòng)狀態(tài)與入口主流的流動(dòng)狀態(tài)相同，得到進(jìn)氣道的再起動(dòng)內(nèi)收縮比ICR；

(21)、將步驟(20)得到的再起動(dòng)內(nèi)收縮比和步驟(15)給定的初始內(nèi)收縮比進(jìn)行迭代計(jì)算，最終得到進(jìn)氣道在附體唇罩激波狀態(tài)下的再起動(dòng)內(nèi)收縮比；并進(jìn)入步驟(22)；

(22)、綜合步驟(11)中得到的進(jìn)氣道在脫體唇罩激波狀態(tài)下的再起動(dòng)內(nèi)收縮比和步驟(21)中得到的進(jìn)氣道在附體唇罩激波狀態(tài)下的再起動(dòng)內(nèi)收縮比進(jìn)行組合，最終得到進(jìn)氣道在寬來(lái)流狀態(tài)范圍內(nèi)的再起動(dòng)內(nèi)收縮比作為進(jìn)氣道的再起動(dòng)邊界。