一种针对超声速民机的旋成体静音锥快速设计方法技术

本发明专利技术提供一种针对超声速民机的旋成体静音锥快速设计方法，包括以下步骤：选择超声速民机基准构型，提取基准声爆近场波形；截去基准声爆近场波形B1B2，添加激波A1A2与膨胀波A2A3，确定激波最优峰值和膨胀波最优长度；结合修正的声爆线化理论，对旋成体静音锥外形进行优化设计；将最优旋成体静音锥外形添加到超声速民机基准构型机身截面S3之前，得到超声速民机旋成体静音锥构型。本发明专利技术利用修正的声爆线化理论快速预测近场波形，以及优化设计变量数少的优点，能够直接以声爆强度为目标，快速设计出添加旋成体静音锥的超声速民机外形，有效抑制超声速民机巡航阶段产生严重声爆问题，更好地满足超声速民机飞行时对声爆强度的要求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
一种针对超声速民机的旋成体静音锥快速设计方法


[0001]本专利技术属于超声速民机声爆抑制
，具体涉及一种针对超声速民机的旋成体静音锥快速设计方法。

技术介绍

[0002]声爆是制约超声速民机投入商业运营的瓶颈。为解决声爆问题，国内外研究人员从上世纪60年代开展大量的研究。其中，本世纪初美国湾流公司Howe提出机头静音锥技术(专利号US6698684)，是一种行之有效的声爆抑制技术。机头静音锥技术是通过在超声速民机头部添加多段细长杆组合而成的装置，可实现声爆抑制，其抑制声爆的机理为：利用这些细长杆产生的多道弱激波代替传统飞机头部产生的一道强激波，且在传播到地面的过程中不发生汇聚。这样不仅降低地面波形机头激波的强度，还能够大幅增加头激波的上升时间。
[0003]美国NASA(National Aeronautics and Space Administration)于2002年在4
×
4整体式风洞中对Howe设计的静音锥开展风洞试验，并将测量结果与CFD(Computational Fluid Dynamic)计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对超声速民机的旋成体静音锥快速设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，选择超声速民机基准构型；所述超声速民机基准构型的机身长度为L；步骤2，在设计马赫数Ma和设计攻角α的巡航条件下，对超声速民机基准构型进行数值模拟，提取得到超声速民机基准构型正下方距离为H位置的超声速巡航状态下的基准声爆近场波形；其中，在基准声爆近场波形中，基准声爆近场波形起点为O
start
，基准声爆近场波形终点为O
end
，机身头部(S1)产生的激波在基准声爆近场波形中对应位置为点B1；步骤3，确定激波最优峰值P
S_LB
和膨胀波最优长度L
E_LB
：步骤3.1，自超声速民机基准构型的机身头部(S1)开始，沿飞机轴向查找到满足以下条件的机身截面(S2)：机身截面(S2)的直径D0＝0.5％L～2.5％L；步骤3.2，确定机身截面(S2)产生的激波在步骤2得到的基准声爆近场波形中的对应位置，表示为点B2；步骤3.3，在步骤2得到的基准声爆近场波形中，截去起点O
start
到点B1以及点B1到点B2之间的基准声爆近场波形前段B1B2；保留点B2到终点O
end
之间的基准声爆近场波形后段B2O
end
；步骤3.4，在起点O
start
和点B2之间，依次选择三个点，分别为：点A1、点A2和点A3；确定点A1、点A2和点A3的初始位置后，采用下面优化设计过程，不断调节点A1、点A2和点A3的位置，使点A1到点A2的连接直线形成的激波A1A2的峰值P
S
，为激波最优峰值P
S_LB
；使点A2到点A3的连接直线形成的膨胀波A2A3的长度L
E
，为膨胀波最优长度L
E_LB
；其中，激波A
1 A2的峰值P
S
，为点A1和点A2之间的高度差；膨胀波A
2 A3的长度L
E
，为点A2到点A3的水平距离；优化设计过程为：步骤3.4.1，确定约束条件为：条件1：激波A
1 A2的峰值P
S
＝0.1*基准声爆近场波形最大超压值～1.5*基准声爆近场波形最大超压值；条件2：激波A
1 A2的斜率＝0.008～0.012；条件3：膨胀波A
2 A3的长度L
E
＝0.1L～0.5L；条件4：点A3到点A1连线的斜率＝
‑
0.00132～
‑
0.00124；条件5：激波A
1 A2的斜率＝点B2到点A3连线的斜率；步骤3.4.2，在满足步骤3.4.1确定的约束条件下，给定点A1、点A2和点A3的初始位置，并在基准声爆近场波形后段B2O
end
的前方，依次连接起点O
start
、点A1、点A2、点A3和点B2，从而得到添加激波和膨胀波的声爆近场波形；结合声爆远场传播方法，以添加激波和膨胀波的声爆近场波形作为输入，使其传播到远场，并求解得到远场声爆强度；判断得到的远场声爆强度是否达到优化目标最低值；如果满足，则停止优化，点A1、点A2和点A3的当前位置，即为最优位置，进而得到激波最优峰值P
S_LB
和膨胀波最优长度L
E_LB
；如果不满足，则改变A1、点A2和点A3的位置，实质为改变激波A
1 A2的峰值P
S
和膨胀波A
2 A3的长度L
E
，重复进行迭代优化；步骤4，对旋成体静音锥外形进行优化设计，得到最优旋成体静音锥外形：步骤4.1，设定旋成体静音锥外形的设计变量为：圆锥段长度L1、圆柱段长度L2和圆柱段
半径R；步骤4.2，在满足以下约束条件下，给定圆锥段长度L1、圆柱段长度L2和圆柱段半径R的初始值，从而确定初始旋成体静音锥外形；s.t.L1∈[0.01L,0.08L]L2∈[0.01L,0.08L]R∈[0.05L,0.25L]步骤4.3，根据修正的声爆线化理论，获得初始旋成体静音锥外形的体积等效截面积分布，并对初始旋成体静音锥外形的声爆近场波形进行预测，获得初始旋成体静音锥外形的声爆近场波形；从初始旋成体静音锥外形的声爆近场波形中，提取到初始旋成体静音锥外形对应的激波峰值P
S
和膨胀波长度L
E
；步骤4.4，判断步骤4.3得到的激波峰值P
S
和膨胀波长度L
E
是否满足以下关系式：min f＝W1·
|P
S_LB
‑
P
S
|+W2·
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张力文，韩忠华，宋文萍，乔建领，丁玉临，宋科，张科施，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：