高速飞行器钻石型强制转捩装置设计方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种高速飞行器钻石型强制转捩装置设计方法和装置，强制转捩装置设计方法包括：步骤一，在飞行条件最不容易转捩的状态下，根据飞行器前体进气道壁面的极限流线分布和高速飞行器的结构安装空间，确定强制转捩装置的安装位置以及强制转捩装置的第一展向宽度；步骤二，根据飞行器前体进气道壁面的流场参数确定强制转捩装置的安装位置截面最大的焓值边界层厚度δmax；步骤三，根据强制转捩装置的安装位置截面最大的焓值边界层厚度δmax，确定强制转捩装置的尺寸参数。应用本发明专利技术的技术方案，以解决现有技术中强制转捩装置设计方法所设计出的转捩装置结构复杂且加工困难的技术问题。

Design method and device of diamond type forced transition device for high speed aircraft

The invention provides a design method and device for a diamond type forced transition device for a high-speed vehicle. The design method of a forced transition device includes: Step 1, in the state of the most difficult transition in the flight condition, according to the limit streamline distribution of the air inlet wall surface of the aircraft front body and the structure installation space of the high-speed aircraft, the strength of the aircraft is determined to be strong. The installation position of the turning device and the first extension width of the forced transition device; step two, determine the maximum enthalpy boundary layer thickness [delta] max of the maximum section of the installation position of the forced transition device according to the flow field parameters of the air inlet wall surface of the aircraft; step three, according to the maximum enthalpy side of the forced transition device in the installation position. The thickness of the boundary layer is Max, and the size parameters of the forced transition device are determined. The technical scheme of the present invention is applied to solve the technical problems of complex structure and difficult processing of the transition device designed by the design method of the forced transition device in the existing technology.

【技术实现步骤摘要】
高速飞行器钻石型强制转捩装置设计方法及装置
本专利技术属于高速飞行器强制转捩装置设计的
，具体而言，涉及一种高速飞行器钻石型强制转捩装置设计方法及装置。
技术介绍
转捩与湍流既是高速飞行器的重大基础空气动力学问题，也是制约高速飞行器发展的关键技术问题，边界层转捩对高速飞行器超燃冲压发动机进气道起动性能和发动机性能具有至关重要的影响。对于小尺寸升力体/乘波体外形吸气式高速飞行器，由于前体进气道的长度较短，自然流动状态下无法保证进气道入口流动为湍流，因此，需要在前体进气道上安装强制转捩装置，以保证进气道入口处的流动为湍流。然而，现有的强制转捩装置设计方法所设计出的强制转捩装置的粗糙单元较小，因此根据该设计方法设计出的强制转捩装置结构较复杂，且工艺要求较高，加工难度大。
技术实现思路
本专利技术提供了一种高速飞行器钻石型强制转捩装置设计方法及装置，以解决现有技术中的强制转捩装置设计方法所设计出的转捩装置结构复杂且加工困难的技术问题。根据本专利技术的一方面，提供了一种高速飞行器钻石型强制转捩装置设计方法，强制转捩装置设计方法包括：步骤一，在飞行条件最不容易转捩的状态下，根据飞行器前体进气道壁面的极限流线分布，在保证强制转捩装置的流向安装位置至少距离进气道入口0.5m的条件下，确定强制转捩装置的初始安装位置的距离范围；根据强制转捩装置的初始安装位置的距离范围以及高速飞行器的结构安装空间以确定强制转捩装置的安装位置；根据强制转捩装置的安装位置和飞行器前体进气道壁面的极限流线分布以确定强制转捩装置的第一展向宽度；步骤二，根据飞行器前体进气道壁面的流场参数确定强制转捩装置的安装位置截面最大的焓值边界层厚度δmax；步骤三，根据强制转捩装置的安装位置截面最大的焓值边界层厚度δmax，确定强制转捩装置的尺寸参数。进一步地，在步骤三之后，设计方法还包括：步骤四，根据不同的飞行条件，确定飞行器前体进气道表面的强制转捩装置流向安装位置处能够全部进入进气道入口的流线宽度，从流线宽度中选择最大的宽度作为强制转捩装置的第二展向宽度；步骤五，根据第一展向宽度与第二展向宽度的数值大小，以确定强制转捩装置的实际展向宽度。进一步地，步骤五具体包括：当第一展向宽度大于或等于第二展向宽度时，将第一展向宽度作为强制转捩装置的实际展向宽度；当第一展向宽度小于第二展向宽度时，将第二展向宽度作为强制转捩装置的实际展向宽度。进一步地，强制转捩装置包括多个并排设置的转捩装置粗糙单元，强制转捩装置的尺寸参数包括粗糙单元间距d、粗糙单元高度h和粗糙单元边长l。进一步地，粗糙单元间距通过d＝2.414*δmax来确定，粗糙单元高度h通过h＝0.5*δmax来确定，粗糙单元边长l通过l＝δmax来确定。进一步地，在步骤一中，通过数值计算的方法，计算升力体/乘波体进气道的流场，以获取飞行器前体进气道壁面的极限流线分布。进一步地，飞行条件最不容易转捩的状态根据飞行马赫、飞行高度、攻角以及壁温来确定。进一步地，在步骤一中，根据弹道条件，选取发动机工作包线内最不容易转捩的状态，根据飞行器前体进气道壁面的极限流线分布和高速飞行器的结构安装空间，确定强制转捩装置的安装位置以及强制转捩装置的第一展向宽度。进一步地，强制转捩装置根据如上所述的高速飞行器钻石型强制转捩装置设计方法来进行设计。应用本专利技术的技术方案所设计出的钻石型强制转捩装置粗糙单元更大、可加工性更强，且转捩效果也比较好。对于高速飞行器来说，由于其飞行马赫数高，飞行器表面的热防护材料需要耐高温的材料，耐高温的材料尺寸越小，加工难度越大，将转捩装置的粗糙单元增大，可适当降低加工难度。因此，本专利技术的强制转捩装置设计方法相对于现有技术而言，可操作性强，根据该方法所设计出的强制转捩装置结构简单、工艺要求简单且实现容易。附图说明图1示出了根据本专利技术的具体实施例提供的高速飞行器钻石型强制转捩装置设计方法的方框图；图2示出了现有技术中的高速飞行器钻石型强制转捩装置设计方法的结构示意图。图3示出了根据本专利技术的具体实施例提供的高速飞行器钻石型强制转捩装置设计方法的结构示意图；图4示出了根据本专利技术的具体实施例提供的飞行器前体进气道壁面的极限流线分布；图5示出了根据本专利技术的具体实施例提供的安装钻石型强制转捩装置前后试验模型表面热流结果的对比示意图；图6示出了根据本专利技术的具体实施例提供的边界层厚度的示意图；图7示出了根据本专利技术的具体实施例提供的钻石型强制转捩装置的结构示意图。具体实施方式下面结合具体实例及附图对本专利技术进行详细说明。如图1、图3和图7所示，根据本专利技术的具体实施例提供了一种高速飞行器钻石型强制转捩装置设计方法，该强制转捩装置设计方法包括：步骤一，在飞行条件最不容易转捩的状态下，根据飞行器前体进气道壁面的极限流线分布，在保证强制转捩装置的流向安装位置至少距离进气道入口0.5m的条件下，确定强制转捩装置的初始安装位置的距离范围；根据强制转捩装置的初始安装位置的距离范围以及高速飞行器的结构安装空间以确定强制转捩装置的安装位置；根据强制转捩装置的安装位置和飞行器前体进气道壁面的极限流线分布以确定强制转捩装置的第一展向宽度；步骤二，根据飞行器前体进气道壁面的流场参数确定强制转捩装置的安装位置截面最大的焓值边界层厚度δmax；步骤三，根据强制转捩装置的安装位置截面最大的焓值边界层厚度δmax，确定强制转捩装置的尺寸参数。应用本专利技术的强制转捩装置设计方法所设计出的钻石型强制转捩装置粗糙单元更大、可加工性更强，且转捩效果也比较好。对于高速飞行器，由于其飞行马赫数高，飞行器表面的热防护材料需要耐高温的材料，耐高温的材料尺寸越小，加工难度越大，将转捩装置的粗糙单元增大，可适当降低加工难度。因此，本专利技术的强制转捩装置设计方法相对于现有技术而言，可操作性强，根据该方法所设计出的强制转捩装置结构简单、工艺要求简单且实现容易。具体地，图2示出了现有技术中的高速飞行器钻石型强制转捩装置设计方法的结构示意图，图3示出了根据本专利技术的具体实施例提供的高速飞行器钻石型强制转捩装置设计方法的结构示意图。由图2和图3可知，根据现有技术的转捩装置设计方法与本专利技术的转捩装置设计方法所设计出的强制转捩装置虽然同为钻石型，然而所设计出的转捩装置粗糙单元尺寸不同。图2所示的强制转捩装置的粗糙单元的对角线长度为一个边界层厚度δmax，高度为0.5δmax，而在本专利技术中，如图3所示，强制转捩装置的粗糙单元的边长为一个边界层厚度δmax，高度为0.5δmax，其中，δmax为强制转捩装置流向安装位置截面的最大的边界层厚度，强制转捩装置流向安装位置截面的边界层厚度δ是指h0＝0.99h0,∞处与壁面间的距离，h0是指沿壁面法线当地的总焓，h0，∞是指来流的总焓。本专利技术的强制转捩装置的粗糙单元相对于现有技术而言，粗糙单元更大、可加工性更强，且转捩效果也比较好。对于高速飞行器，由于其飞行马赫数高，飞行器表面的热防护材料需要耐高温的材料，耐高温的材料尺寸越小，加工难度越大，将转捩装置的粗糙单元增大，可适当降低加工难度。进一步地，在本专利技术中，为了进一步地提高强制转捩装置的转捩效果，在步骤三之后，该设计方法还包括：步骤四，根据不同的飞行条件，确定飞行器前体进气道表面的强制转捩装置流向安装位置处能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速飞行器钻石型强制转捩装置设计方法，其特征在于，所述强制转捩装置设计方法包括：步骤一，在飞行条件最不容易转捩的状态下，根据飞行器前体进气道壁面的极限流线分布，在保证所述强制转捩装置的流向安装位置至少距离进气道入口0.5m的条件下，确定所述强制转捩装置的初始安装位置的距离范围；根据所述强制转捩装置的初始安装位置的距离范围以及所述高速飞行器的结构安装空间以确定所述强制转捩装置的安装位置；根据所述强制转捩装置的安装位置和所述飞行器前体进气道壁面的极限流线分布以确定所述强制转捩装置的第一展向宽度；步骤二，根据飞行器前体进气道壁面的流场参数确定所述强制转捩装置的安装位置截面最大的焓值边界层厚度δmax；步骤三，根据所述强制转捩装置的安装位置截面最大的所述焓值边界层厚度δmax，确定所述强制转捩装置的尺寸参数。

【技术特征摘要】
1.一种高速飞行器钻石型强制转捩装置设计方法，其特征在于，所述强制转捩装置设计方法包括：步骤一，在飞行条件最不容易转捩的状态下，根据飞行器前体进气道壁面的极限流线分布，在保证所述强制转捩装置的流向安装位置至少距离进气道入口0.5m的条件下，确定所述强制转捩装置的初始安装位置的距离范围；根据所述强制转捩装置的初始安装位置的距离范围以及所述高速飞行器的结构安装空间以确定所述强制转捩装置的安装位置；根据所述强制转捩装置的安装位置和所述飞行器前体进气道壁面的极限流线分布以确定所述强制转捩装置的第一展向宽度；步骤二，根据飞行器前体进气道壁面的流场参数确定所述强制转捩装置的安装位置截面最大的焓值边界层厚度δmax；步骤三，根据所述强制转捩装置的安装位置截面最大的所述焓值边界层厚度δmax，确定所述强制转捩装置的尺寸参数。2.根据权利要求1所述的高速飞行器钻石型强制转捩装置设计方法，其特征在于，在所述步骤三之后，所述设计方法还包括：步骤四，根据不同的飞行条件，确定飞行器前体进气道表面的强制转捩装置流向安装位置处能够全部进入进气道入口的流线宽度，从所述流线宽度中选择最大的宽度作为强制转捩装置的第二展向宽度；步骤五，根据所述第一展向宽度与所述第二展向宽度的数值大小，以确定所述强制转捩装置的实际展向宽度。3.根据权利要求2所述的高速飞行器钻石型强制转捩装置设计方法，其特征在于，所述步骤五具体包括：当所述第一展向宽度大于或等于所述第二展向宽度时，将所述第一展向宽度作为所述强制转捩装置的实际...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾文利，罗金玲，符松，汤继斌，康宏琳，吴宁宁，
申请(专利权)人：北京空天技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11