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[發明專利]適用激波/邊界層干擾及防熱研究的標模布局設計方法有效

專利信息
申請號: 202110688626.6 申請日: 2021-06-22
公開(公告)號: CN113139243B 公開(公告)日: 2021-08-20
發明(設計)人: 劉深深;陳堅強;吳曉軍;陳兵;杜雁霞;尤其;周桂宇;張昊元;余婧;韓青華 申請(專利權)人: 中國空氣動力研究與發展中心計算空氣動力研究所
主分類號: G06F30/15 分類號: G06F30/15;G06F111/04
代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214 代理人: 徐靜
地址: 621052 四*** 國省代碼: 四川;51
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摘要:
搜索關鍵詞: 適用 激波 邊界層 干擾 防熱 研究 布局 設計 方法
【權利要求書】:

1.一種適用激波/邊界層干擾及防熱研究的標模布局設計方法,其特征在于,包括如下步驟:

步驟一,根據飛行器壓縮拐角前的設計長度L,頭部半徑Rh及第一頭部截面切角θ確定飛行器的左右寬度輪廓線;所述左右寬度輪廓線包括頭部半徑為Rh的圓弧段AB加線段BC;

步驟二,給定飛行器壓縮拐角前的設計長度L、頭部半徑Rh、第二頭部截面切角θ1、第三頭部截面切角θ2的約束條件,根據此約束條件確定飛行器的上表面輪廓線和下表面輪廓線;所述上表面輪廓線為頭部半徑為Rh的圓弧段AM加線段ME;所述下表面輪廓線為頭部半徑為Rh的圓弧段AN加線段NF;

步驟三,給定壓縮拐角前x=L處截面曲線的第一圓弧半徑RW、第二圓弧半徑RW1、第三圓弧半徑RW2,第一寬度W1、第二寬度W2,第一圓弧夾角θ3、第二圓弧夾角θ4約束條件,根據此約束條件設計飛行器壓縮拐角前x=L處的截面曲線;所述x=L處的截面曲線關于z軸對稱,包括輪廓EGPCQSF;

步驟四,設計x=xB處截面曲線;其中xB為點B在x軸的坐標;

步驟五,采用多截面曲面設計方式設計點B之后到點C的截面曲面;

步驟六,給定壓縮拐角x=L1處的截面曲線的第四圓弧半徑RW3、第五圓弧半徑RW4、第六圓弧半徑RW5、第七圓弧半徑RW6,第三寬度W3、第四寬度W4,第一高度H2、第二高度H3、第三高度H4約束條件,根據此約束條件設計飛行器壓縮拐角x=L1處的截面曲線;所述x=L1處的截面曲線關于z軸對稱,包括輪廓E1G1P1Q1S1F1

步驟七,采用橋接曲面設計方式設計點B之前的截面曲面;

步驟八,采用橋接曲面設計方式設計點E到點E1的截面曲面;

步驟九,采用曲面填充設計方法設計點E到點E1的截面曲線下部壓縮拐角區域截面曲面;

步驟十,將步驟五、步驟八、步驟九得到的截面曲面關于zx平面對稱;將步驟六所得曲面分別關于zx平面、xy平面對稱,完成所有所有截面曲面設計;

步驟一包括:弧段AB對應角度為90°-θ,并與線段BC以第一頭部截面切角θ相切;其中,點A為坐標原點,也為圓弧段AB起始點,坐標為xA=0,yA=0,zA=0;點B為圓弧段AB結束點以及線段BC起始點,也為圓弧段AB與線段BC的切點,根據頭部半徑為Rh和圓弧段AB對應角度為90°-θ,計算得到點B坐標xB,yB為:

(1)

再根據點A和點B坐標得到以點OxO=Rh,yO=0,zO=0為圓心,以Rh為半徑的圓弧段AB;

再根據飛行器壓縮拐角前的設計長度L、點B坐標以及第一頭部截面切角θ,得到點C坐標為xC=L,yC=Rh*cosθ+(L-Rh+Rh*sinθ)tanθ,zC=0;將點B和點C連線得到線段BC,將圓弧段AB加線段BC關于x軸做對稱,得到左右寬度輪廓線;

步驟二包括:

B1為圓弧段AM上的一點,點M為圓弧段AM與線段ME的切點,圓弧段AM對應角度為90°-θ1,并與線段ME以第二頭部截面切角θ1相切;其中,點A為坐標原點,點B1和點B位于同一平面,,故得到點B1的橫坐標為,再根據頭部半徑Rh以及點B1的橫坐標,得到點B1的坐標為:

(2)

M為圓弧段AM結束點以及線段ME起始點,圓弧段AM與線段ME相切于點M,根據頭部半徑Rh和圓弧段AM對應角度為90°-θ1,得到點M的坐標為:

(3)

再根據飛行器壓縮拐角前的設計長度L、點M坐標以及第二頭部截面切角θ1,得到點E坐標為xE=L,yE=0,zE=Rh*cosθ1+(L-Rh+Rh*sinθ1)tanθ1;將點M和點E連線得到線段ME;

B2為圓弧段AN上的一點,點N為圓弧段AN與線段NF的切點,圓弧段AN對應角度為90°-θ2,并與線段NF以第二頭部截面切角θ1相切;其中,點A為坐標原點,點B2和點B位于同一平面,,故得到點B2的橫坐標為,再根據頭部半徑Rh以及點B2的橫坐標,得到點B2的坐標為:

(4)

N為圓弧段AN結束點以及線段NF起始點,圓弧段AN與線段NF相切于點N,根據頭部半徑Rh和圓弧段AN對應角度為90°-θ2,得到點N的坐標為:

(5)

再根據飛行器壓縮拐角前的設計長度L、點N坐標以及第三頭部截面切角θ2,得到點F坐標為xF=L,yF=0,zF=Rh*cosθ2+(L-Rh+Rh*sinθ2)tanθ2;將點N和點F連線得到線段NF;

步驟三包括:

由步驟一可知點C坐標為xC=L,yC=Rh*cosθ+(L-Rh+Rh*sinθ)tanθ,zC=0,由步驟二可知點E坐標為xE=L,yE=0,zE=Rh*cosθ1+(L-Rh+Rh*sinθ1)tanθ1,以及點F坐標為xF=L,yF=0,zF=Rh*cosθ2+(L-Rh+Rh*sinθ2)tanθ2;則圓弧段EG是以為圓心,半徑為RW,在y軸上的投影為第一寬度W1確定的圓弧,由此得到點G坐標為,點G為圓弧段EG與線段GP的切點;圓弧段PC是以為圓心,半徑為RW1,圓弧段PC對應角度為θ3確定的圓弧,由此得到點P坐標為:

(6)

由此確定圓弧段PC;將點G和點P連線得到線段GP;再根據點P、點C以及圓心O1坐標,得到圓弧段PC;同理,根據圓心O1坐標,第二圓弧半徑RW1、圓弧段CQ對應角度θ4確定點Q坐標為:

(7)

由此確定圓弧段CQ;再根據點F和線段SF在y軸上的投影為第二寬度W2,確定點S坐標為xS=L,yS=-W2,zS=-Rh*cosθ2+(L-Rh+Rh*sinθ2)tanθ2;將點F和點S連線得到線段SF;已知第三圓弧半徑為RW2,圓弧開口向下,且過點Q、點S,由此確定圓弧段QS,將輪廓EGPCQSF關于z軸做對稱,得到x=L處截面曲線;

步驟五包括:由步驟一得到線段BC,由步驟二得到圓弧段B1M和圓弧段B2N、線段ME和線段NF,由步驟三、步驟四得到x=L、x=xB處的截面曲線;然后選擇x=Lx=xB處的截面曲線,以曲線B1EB2F、線段BC為引導線,采用多截面曲面設計方式,完成點B之后到點C的截面曲面的設計;

步驟六包括:確定點E1坐標為xE1=L1,yE1=0,zE1=H2和點F1坐標為xF1=L1,yF1=0,zF1=H2-H3;圓弧段E1G1是以點為圓心,半徑為RW3,在y軸上的投影為第三寬度W3確定的圓弧,由此得到點,點G1為圓弧圓弧段E1G1與二次曲線G1P1的切點;二次曲線G1P1的曲率為k;P1是二次曲線G1P1的終點,同時也是二次曲線G1P1與圓弧段P1Q1的切點,由此確定了二次曲線G1P1;圓弧段P1Q1是半徑為RW4,圓弧高度為H4所確定的圓弧;圓弧段Q1S1半徑為RW5,與圓弧段P1Q1相切,切點為Q1;圓弧S1F1半徑為RW6,在y軸上的投影為第四寬度W4,選用相切方法,依次完成圓弧段Q1S1與圓弧段S1F1的設計,切點為S1;因此將輪廓E1G1P1Q1S1F1關于z軸做對稱得到x=xP=L1處的截面曲線;

步驟九包括:給定點E到點E1的截面曲線下部壓縮拐角區域截面曲面中的第二寬度W2、第四寬度W4、第五寬度W5,平面夾角θ5及點S3坐標;由步驟三得到x=L處的點F、點S,由步驟六得到x=L1處的點F1、點S1,已知點F、點S在同一平面上,根據點S坐標及第五寬度W5,得到點S2坐標;點F、點S2、點S4及點F1在同一平面上,根據點S2坐標及平面夾角θ5,確定點S4坐標,分別用線段連接S2S4、S4S3、S4F1、SS3S3S1,并由步驟六得到圓弧段S1F1,采用曲面填充設計方法,分別完成平面FS2S4F1、平面S2SS3S4和平面F1S1S3S4的設計。

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