[發(fā)明專利]一種提升流場穩(wěn)定性的內埋式彈艙類蜂窩構型氣動布局

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310367406.2
• 申請日: 2023-04-07
• 公開（公告）號: CN116424542A
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設計）人: 安博;李棟;張彬乾;桑為民
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: B64C1/00
• 分類號: B64C1/00;B64D7/00
• 代理公司: 西安匠星互智知識產權代理有限公司 61291
• 代理人: 陳星

本發(fā)明提出一種提升流場穩(wěn)定性的內埋式彈艙類蜂窩構型氣動布局，述內埋式彈艙截面主體為六邊形的類蜂窩構型布局，其中類蜂窩構型頂面開口，其余五個面為封閉壁面，且頂面與底面平行，底面與相鄰面之間夾角α為135度，類蜂窩構型的縱深比β＝L/H＝1.5，L為彈艙截面橫向最大距離，H為彈艙截面縱向最大高度。本發(fā)明在滿足結構強度要求、隔音隔熱要求、減重要求、機身內部結構設計要求和容量要求等約束情況下，可以極大地提高內埋式彈艙的內流流場穩(wěn)定性，從物理根本上改善流場特性，有效抑制細碎渦和次級渦的演化，很大程度上延緩了流場從定常狀態(tài)演化至非定常狀態(tài)的過程。因為該優(yōu)化設計有效的抑制了非定常流動，尤其是湍流的過早出現，從而提高了彈艙內流的氣動效率。

技術領域

本發(fā)明涉及飛行器氣動布局優(yōu)化設計領域，具體為一種提升流場穩(wěn)定性的內埋式彈艙類蜂窩構型氣動布局。

背景技術

腔體頂蓋驅動內流是空氣動力學中的經典問題，針對內流流場，申請人已開展了大量研究。基于之前的研究成果，我們知道方腔頂蓋驅動內流隨著雷諾數的增加，從流場物理特性分析，流動會從定常狀態(tài)演化至非定常周期性流動，然后再演化為非定常準周期性流動，接著演化成湍流。直觀的從流場圖(圖1)我們可以看出腔體內部被一個巨大的相對穩(wěn)定的主渦所主導，腔體底部有次級渦出現并隨著雷諾數增加而生長，同時出現更多更小尺寸的次級渦。Moffat在文獻(“Viscous?and?resistive?eddies?near?a?sharp?corner,”Journal?of?Fluid?Mechanics,18,1,1-18.(1964))中對腔體內流角點附近細碎渦的生長及出現開展了數值模擬和理論研究，他認為邊角處存在無限多的次級渦并隨著雷諾數增加而生長(圖2)。

Moffat從理論研究和數值模擬方角度分析了Moffat效應的原因。從數學角度出發(fā)我們知道邊角點其實就是奇點且當邊角角度為銳角或直角時，由于曲線在這里不光滑出現不連續(xù)性，所以反映到物理現實中也會出現不連續(xù)的現象，比如邊角處的會出現無限多的尺寸極小的細碎渦。

通過我們的研究發(fā)現，隨著邊角次級渦的生長會逐漸擠壓主渦同時又誘導出新的次級渦和細碎小渦(圖3)，隨著雷諾數不斷增加，最終演化為湍流(圖4)。

通過之前的研究我們發(fā)現對于頂蓋驅動的等腰直角腔和方腔，Hopf流動分岔點分別出現在雷諾數Re＝8039,8025附近。而我們知道Hopf流動分岔點的出現意味著流動從定常流動演化為非定常周期性流動，隨后出現Neimark-Sacker流動分岔點導致流動演化為非定常準周期性流動，最終演化為湍流。

如何對頂蓋驅動的方腔內部氣動布局進行優(yōu)化設計，提高內埋式彈艙內流流場的流場穩(wěn)定性，改善流場特性，是需要進一步研究的問題。

發(fā)明內容

針對現有技術存在的問題，在滿足諸多約束要求的情況下，本發(fā)明提出一種提升流場穩(wěn)定性的內埋式彈艙類蜂窩構型氣動布局，從物理特性上推遲內埋式彈艙內流流場的Hopf流動分岔點的出現，延緩流動從定常狀態(tài)至非定常狀態(tài)的演化，從而提升內埋式彈艙內流的流場穩(wěn)定性，改善流場特性。

本發(fā)明的技術方案為：

一種提升流場穩(wěn)定性的內埋式彈艙類蜂窩構型氣動布局，其特征在于：所述內埋式彈艙截面主體為六邊形的類蜂窩構型布局，其中類蜂窩構型頂面開口，其余五個面為封閉壁面，且頂面與底面平行，底面與相鄰面之間夾角α為135度，類蜂窩構型的縱深比β＝L/H＝1.5，L為彈艙截面橫向最大距離，H為彈艙截面縱向最大高度。