[發(fā)明專(zhuān)利]一種針對(duì)超聲速民機(jī)的旋成體靜音錐快速設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210333933.7
• 申請(qǐng)日: 2022-03-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114524110B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張力文;韓忠華;宋文萍;喬建領(lǐng);丁玉臨;宋科;張科施
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B64F5/60
• 分類(lèi)號(hào): B64F5/60;B64C1/00
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務(wù)所 11337
• 代理人: 席小東

本發(fā)明提供一種針對(duì)超聲速民機(jī)的旋成體靜音錐快速設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：選擇超聲速民機(jī)基準(zhǔn)構(gòu)型，提取基準(zhǔn)聲爆近場(chǎng)波形；截去基準(zhǔn)聲爆近場(chǎng)波形B₁B₂，添加激波A₁A₂與膨脹波A₂A₃，確定激波最優(yōu)峰值和膨脹波最優(yōu)長(zhǎng)度；結(jié)合修正的聲爆線(xiàn)化理論，對(duì)旋成體靜音錐外形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；將最優(yōu)旋成體靜音錐外形添加到超聲速民機(jī)基準(zhǔn)構(gòu)型機(jī)身截面S₃之前，得到超聲速民機(jī)旋成體靜音錐構(gòu)型。本發(fā)明利用修正的聲爆線(xiàn)化理論快速預(yù)測(cè)近場(chǎng)波形，以及優(yōu)化設(shè)計(jì)變量數(shù)少的優(yōu)點(diǎn)，能夠直接以聲爆強(qiáng)度為目標(biāo)，快速設(shè)計(jì)出添加旋成體靜音錐的超聲速民機(jī)外形，有效抑制超聲速民機(jī)巡航階段產(chǎn)生嚴(yán)重聲爆問(wèn)題，更好地滿(mǎn)足超聲速民機(jī)飛行時(shí)對(duì)聲爆強(qiáng)度的要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超聲速民機(jī)聲爆抑制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種針對(duì)超聲速民機(jī)的旋成體靜音錐快速設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

聲爆是制約超聲速民機(jī)投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的瓶頸。為解決聲爆問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外研究人員從上世紀(jì)60年代開(kāi)展大量的研究。其中，本世紀(jì)初美國(guó)灣流公司Howe提出機(jī)頭靜音錐技術(shù)(專(zhuān)利號(hào)US6698684)，是一種行之有效的聲爆抑制技術(shù)。機(jī)頭靜音錐技術(shù)是通過(guò)在超聲速民機(jī)頭部添加多段細(xì)長(zhǎng)桿組合而成的裝置，可實(shí)現(xiàn)聲爆抑制，其抑制聲爆的機(jī)理為：利用這些細(xì)長(zhǎng)桿產(chǎn)生的多道弱激波代替?zhèn)鹘y(tǒng)飛機(jī)頭部產(chǎn)生的一道強(qiáng)激波，且在傳播到地面的過(guò)程中不發(fā)生匯聚。這樣不僅降低地面波形機(jī)頭激波的強(qiáng)度，還能夠大幅增加頭激波的上升時(shí)間。

美國(guó)NASA(National Aeronautics and Space Administration)于2002年在4×4整體式風(fēng)洞中對(duì)Howe設(shè)計(jì)的靜音錐開(kāi)展風(fēng)洞試驗(yàn)，并將測(cè)量結(jié)果與CFD(ComputationalFluid Dynamic)計(jì)算得到的聲爆近場(chǎng)波形進(jìn)行對(duì)比，從而驗(yàn)證數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果的有效性。2006年又將可伸縮的機(jī)頭靜音錐技術(shù)應(yīng)用到F-15B飛機(jī)上進(jìn)行飛行試驗(yàn)，從而驗(yàn)證機(jī)頭靜音錐技術(shù)的有效性。

然而，傳統(tǒng)方式中，設(shè)計(jì)有效降低聲爆強(qiáng)度的靜音錐往往采用高可信度計(jì)算與優(yōu)化設(shè)計(jì)相結(jié)合的手段，耗時(shí)十分長(zhǎng)，且嚴(yán)重依賴(lài)于計(jì)算條件。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種針對(duì)超聲速民機(jī)的旋成體靜音錐快速設(shè)計(jì)方法，可有效解決上述問(wèn)題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供一種針對(duì)超聲速民機(jī)的旋成體靜音錐快速設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

步驟1，選擇超聲速民機(jī)基準(zhǔn)構(gòu)型；所述超聲速民機(jī)基準(zhǔn)構(gòu)型的機(jī)身長(zhǎng)度為L(zhǎng)；

步驟2，在設(shè)計(jì)馬赫數(shù)Ma和設(shè)計(jì)攻角α的巡航條件下，對(duì)超聲速民機(jī)基準(zhǔn)構(gòu)型進(jìn)行數(shù)值模擬，提取得到超聲速民機(jī)基準(zhǔn)構(gòu)型正下方距離為H位置的超聲速巡航狀態(tài)下的基準(zhǔn)聲爆近場(chǎng)波形；

其中，在基準(zhǔn)聲爆近場(chǎng)波形中，基準(zhǔn)聲爆近場(chǎng)波形起點(diǎn)為O_start，基準(zhǔn)聲爆近場(chǎng)波形終點(diǎn)為O_end，機(jī)身頭部(S₁)產(chǎn)生的激波在基準(zhǔn)聲爆近場(chǎng)波形中對(duì)應(yīng)位置為點(diǎn)B₁；

步驟3，確定激波最優(yōu)峰值P_{S_LB}和膨脹波最優(yōu)長(zhǎng)度L_{E_LB}：

步驟3.1，自超聲速民機(jī)基準(zhǔn)構(gòu)型的機(jī)身頭部(S₁)開(kāi)始，沿飛機(jī)軸向查找到滿(mǎn)足以下條件的機(jī)身截面(S₂)：機(jī)身截面(S₂)的直徑D₀＝0.5％L～2.5％L；

步驟3.2，確定機(jī)身截面(S₂)產(chǎn)生的激波在步驟2得到的基準(zhǔn)聲爆近場(chǎng)波形中的對(duì)應(yīng)位置，表示為點(diǎn)B₂；