[發明專利]一種二元混壓進氣道內外壓縮最佳耦合激波系反設計方法

在審

• 申請號: 202210162359.3
• 申請日: 2022-02-22
• 公開（公告）號: CN115098937A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 余安遠;趙亮;李一鳴;曲俐鵬;楊大偉;張勝;楊輝;李姝源;周文潔
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心空天技術研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/17;G06F30/20;G06F113/08;G06F119/08
• 代理公司: 重慶信必達知識產權代理有限公司 50286
• 代理人: 李小偉

本發明公開了一種二元混壓進氣道內外壓縮最佳耦合激波系反設計方法，包括如下步驟：S1、為已知設計參數賦初值；S2、預估外壓縮總轉折角，并求得相應的內壓縮總轉折角；S3、由步驟S1和S2得到的設計參數，采用Oswatitsch等強度激波理論和預估?校正?迭代方法，對外壓縮進行最佳激波系設計，得到外壓縮出口流場參數；S4、由步驟S1?S3得到的設計參數，采用Oswatitsch等強度激波理論和預估?校正?迭代方法，對內壓縮進行最佳激波系設計，得到內壓縮出口流場參數；S5、判斷步驟S4得到的內壓縮出口馬赫數是否達標，若達標則結束設計，否則重復步驟S2?S4，直至內壓縮出口馬赫數達標。本發明實現了自動尋優的內外壓縮最佳耦合激波系的反設計，過程簡單，物理意義明確。

技術領域

本發明涉及進氣道設計與飛行器機體/推進一體化技術領域，尤其涉及一種二元混壓進氣道內外壓縮最佳耦合激波系反設計方法。

背景技術

二元混壓進氣道是應用最為廣泛的一種超聲速/高超聲速進氣道，在設計上包括外壓縮和內壓縮的設計，而使用一系列斜激波實現對來流的減速增壓是最為有效的壓縮方式。利用系列斜激波壓縮的進氣道正設計問題是指給定來流條件，進行最佳激波系設計(最佳激波系對應總壓恢復系數最大)，求解進氣道出口參數。然而，設計上更感興趣的技術問題是進氣道全局最優化的反設計問題，亦即：指定進氣道的來流條件與出口參數，要求設計最佳激波系。該問題可具體描述如下：

已知進氣道的來流靜壓、靜溫、馬赫數、流動方向角等參數，并指定進氣道的出口氣流馬赫數與流動方向角，同時指定進氣道內外壓縮各自的激波數目；針對二元混壓進氣道進行內外壓縮全局最優的激波系設計，使得整個壓縮系統的總壓恢復系數最大。

Oswatitsch等強度激波理論是設計進氣道最佳激波系的重要法則。該理論指出，對采用一系列激波壓縮的進氣道，當每一道斜激波的波前法向馬赫數均相等時，激波系統的總壓恢復系數最大，此時的激波系被稱為最佳激波系。

現有技術中，《不同攻角下高超聲速二元進氣道性能研究》為二元混壓進氣道內外壓縮解耦設計技術，其外壓縮采用了最佳激波系設計，但內壓縮并未提及，它的內外壓縮是解耦設計，不是內外壓縮耦合的配波設計，不具備自動尋優的操作。并且，該設計方法通過設定上游參數(主要指激波參數如壓縮角、激波角等)不斷向下游推進，最終得到下游的所有參數(文中最終得到的參數是整個壓縮結束后的馬赫數與方向角)，實際上是一種“正設計”方法，無法顧及某些場合下進氣道出口方向角不為零的情形，且設計具有明顯的數學意義，而實際應用有限。

發明內容

本發明旨在提供一種二元混壓進氣道內外壓縮最佳耦合激波系反設計方法，實現了自動尋優的內外壓縮最佳耦合激波系的反設計，過程簡單，物理意義明確。

為達到上述目的，本發明具有如下技術方案：

一種二元混壓進氣道內外壓縮最佳耦合激波系反設計方法，包括如下步驟：

S1、為已知設計參數賦初值；

S2、預估外壓縮總轉折角，并求得相應的內壓縮總轉折角；

S3、由步驟S1和S2得到的設計參數，采用Oswatitsch等強度激波理論和預估-校正-迭代方法，對外壓縮進行最佳激波系設計，得到外壓縮出口流場參數；

S4、由步驟S1-S3得到的設計參數，采用Oswatitsch等強度激波理論和預估-校正-迭代方法，對內壓縮進行最佳激波系設計，得到內壓縮出口流場參數；

S5、判斷步驟S4得到的內壓縮出口馬赫數是否達標，若達標則結束設計，否則重復步驟S2-S4，直至內壓縮出口馬赫數達標。

進一步的，所述步驟S1的設計參數初值包括進氣道內外壓縮的斜激波波系數目、進氣道的來流參數和進氣道的出口參數，所述進氣道的來流參數包括靜壓、靜溫、馬赫數、方向角、總壓、總溫，所述進氣道的出口參數包括出口馬赫數和出口方向角。