判别航天器身部激波/前缘类激波干扰发生条件及类型的方法技术

判别航天器身部激波/前缘类激波干扰发生条件及类型的方法，属于航天器气动热环境分析领域。该方法根据激波关系式建立了身部激波/前缘类激波干扰发生条件与飞行状态和气动外形的定量关系，对身部激波/前缘类激波干扰发生条件作出快速判别并给出干扰作用位置；建立了身部激波/前缘类激波干扰类型判别特征参数与飞行状态和气动外形参数的关联关系，根据不同类型身部激波/前缘类激波干扰流动结构特征，对干扰类型作出快速判别，本发明专利技术方法可大大缩减身部激波/前缘类激波干扰发生条件及类型的判别周期，降低判别难度，提高设计效率。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种判别航天器激波/激波干扰发生条件及类型的方法，尤其涉及一种通过高速航天器飞行状态和气动外形对身部激波和前缘类激波的干扰发生条件及类型进行快速判别的方法，属于航天器气动热环境分析领域。
技术介绍
：高速航天器通常具有水平翼、垂直安定面、控制舵等部件，头部激波向身部延伸，可能与上述各部件前缘脱体激波发生相交从而出现身部激波/前缘类激波干扰。而身部激波/前缘类激波干扰会对局部热流造成影响，严重时可能对飞行安全形成威胁。传统定义中，根据斜激波相对球头激波的入射位置将激波/激波干扰分为六种典型类型，如图2所示。而身部激波/前缘类激波干扰使得流场中产生了包括激波与剪切层在内的复杂波系结构，表现为多种不同的形式，传统的类型定义对于复杂的身部激波/前缘类激波干扰难以适用。另外，现有的激波/激波干扰类型判别方法，需要通过数值模拟或地面试验获取激波干扰结构的详细信息方能对激波/激波干扰类型及作用位置进行判别，准确获取激波干扰结构详细信息又对数值模拟的网格数量、质量、模拟精度以及试验的流场结构捕捉能力提出非常高的要求；而激波干扰发生条件的判别则需要进行大量不同状态的数值模拟或地面试验方能获取。上述方法导致身部激波/前缘类激波干扰发生条件及类型判别周期长、难度大，难以在方案设计阶段为总体及气动外形设计提供防热约束条件。
技术实现思路
：本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供判别航天器身部激波/前缘类激波干扰发生条件及类型的方法，适用于各种形式的身部激波/前缘类激波干扰，可大大缩减身部激波/前缘类激波干扰发生条件及类型的判别周期，降低判别难度，提高设计效率。本专利技术的技术解决方案是：判别航天器身部激波/前缘类激波干扰发生条件及类型的方法，包括如下步骤：(1)选择一道身部激波和一道前缘类激波作为待分析的两道激波，确定每道激波的参数；(2)根据激波关系式建立激波干扰作用位置X与飞行状态和气动外形的定量关系；(3)当激波干扰作用位置X位于产生两道激波的飞行器外形长度Ls范围内时，判定待分析的两道激波干扰发生条件成立，进入步骤(4)，否则，待分析的两道激波未发生干扰，判别结束；(4)设来流依次经过身部激波和前缘类激波后流动的马赫数和压力分别为Ma3、P3，来流经过前缘类激波后流动的马赫数和压力分别为Ma4、P4，建立Ma3、P3、Ma4、P4与飞行状态和气动外形的定量关系，并根据飞行状态和气动外形参数求解Ma3、P3、Ma4、P4，当Ma3>1&Ma4>1&P3>P4时，判定身部激波/前缘类激波干扰类型为Ⅵ类激波/激波干扰；当Ma3>1&Ma4<1时，判定身部激波/前缘类激波干扰类型为V类激波/激波干扰；当Ma3<1&Ma4<1时，判定身部激波/前缘类激波干扰类型为IV类激波/激波干扰。所述步骤(2)中，激波干扰作用位置X与飞行状态和气动外形的定量关系如下：Ma1为来流的初始马赫数，L为身部激波前部距前缘类激波前尖的距离，γ为来流气体比热比，θ为航天器身部楔角，λ为前缘后掠角，α为来流初始攻角。所述步骤(4)中，Ma3、P3与飞行状态和气动外形的定量关系如下： Ma 3 2 = Ma 2 2 + 2 γ - 1 2 γ γ - 1 Ma 2 2 sin 2 ( β 2 - θ ) - 1 + Ma 2 2 cos 2 ( β 2 - θ ) γ - 1 2 Ma 2 2 sin 2 ( β 2 - θ ) + 1 ]]> P 3 P 2 = 1 + 2 γ γ + 1 [ Ma 2 2 sin 2 ( β 2 - θ ) - 1 ] ]]>其中， Ma 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
判别航天器身部激波/前缘类激波干扰发生条件及类型的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)选择一道身部激波和一道前缘类激波作为待分析的两道激波，确定每道激波的参数；(2)根据激波关系式建立激波干扰作用位置X与飞行状态和气动外形的定量关系；(3)当激波干扰作用位置X位于产生两道激波的飞行器外形长度Ls范围内时，判定待分析的两道激波干扰发生条件成立，进入步骤(4)，否则，待分析的两道激波未发生干扰，判别结束；(4)设来流依次经过身部激波和前缘类激波后流动的马赫数和压力分别为Ma3、P3，来流经过前缘类激波后流动的马赫数和压力分别为Ma4、P4，建立Ma3、P3、Ma4、P4与飞行状态和气动外形的定量关系，并根据飞行状态和气动外形参数求解Ma3、P3、Ma4、P4，当Ma3>1&Ma4>1&P3>P4时，判定身部激波/前缘类激波干扰类型为Ⅵ类激波/激波干扰；当Ma3>1&Ma4<1时，判定身部激波/前缘类激波干扰类型为V类激波/激波干扰；当Ma3<1&Ma4<1时，判定身部激波/前缘类激波干扰类型为IV类激波/激波干扰。

【技术特征摘要】
1.判别航天器身部激波/前缘类激波干扰发生条件及类型的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)选择一道身部激波和一道前缘类激波作为待分析的两道激波，确定每道激波的参数；(2)根据激波关系式建立激波干扰作用位置X与飞行状态和气动外形的定量关系；(3)当激波干扰作用位置X位于产生两道激波的飞行器外形长度Ls范围内时，判定待分析的两道激波干扰发生条件成立，进入步骤(4)，否则，待分析的两道激波未发生干扰，判别结束；(4)设来流依次经过身部激波和前缘类激波后流动的马赫数和压力分别为Ma3、P3，来流经过前缘类激波后流动的马赫数和压力分别为Ma4、P4，建立Ma3、P3、Ma4、P4与飞行状态和气动外形的定量关系，并根据飞行状态和气动外形参数求解Ma3、P3、Ma4、P4，当Ma3>1&Ma4>1&P3>P4时，判定身部激波/前缘类激波干扰类型为Ⅵ类激波/激波干扰；当Ma3>1&Ma4<1时，判定身部激波/前缘类激波干扰类型为V类激波/激波干扰；当Ma3<1&Ma4<1时，判定身部激波/前缘类激波干扰类型为IV类激波/激波干扰。2.根据权利要求1所述的判别航天器身部激波/前缘类激波干扰发生条件及类型的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，激波干扰作用位置X与飞行状态和气动外形的定量关系如下：Ma1为来流的初始马赫数，L为身部激波前部距前缘类激波前尖的距离，γ为来流气体比热比，θ为航天器身部楔角，λ为前缘后掠角，α为来流初始攻角。3.根据权利要求2所述的判别航天器身部激波/前缘类激波干扰发生条件及类型的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，Ma3、P3与飞行状态和气动外形的定量关系如下： Ma 3 2 = Ma 2 2 + 2 γ - 1 2 γ γ - 1 Ma 2 2 sin 2 ( β 2 - θ ) - 1 + Ma 2 2 cos 2 ( β 2 - θ ) γ - 1 2 Ma 2 2 sin 2 ( β 2 - θ ) + 1 ]]> P 3 P 2 = 1 + 2 γ γ + 1 [ Ma 2 2 sin 2 ( β 2 - θ ) - 1 ] ]]>其中， Ma 2 2 = Ma 1 2 + 2 γ - 1 2 γ γ - 1 Ma 1 2 sin 2 ( α + β 1 ) - 1 + Ma 1 2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：檀妹静，李宇，聂亮，闵昌万，朱广生，聂春生，黄建栋，王迅，蒋云淞，袁野，王毓栋，于明星，王振峰，陈敏，
申请(专利权)人：北京临近空间飞行器系统工程研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11