【技术实现步骤摘要】
本申请属于超音速压气机平面叶栅试验，特别涉及一种超音速喷管以及型面曲线设计方法。
技术介绍
1、喷管的设计方法有很多，包括图解法和解析法。其中，图解法中最基本的方法为特征线网格法及布斯曼方法，喷管解析设计方法很多。本专利技术基于开式超音速压气机平面叶栅试验器结构和超音速压气机平面叶栅试验要求，设计一种基于参数化的超音速喷管型面曲线方法，基于该方法开发了超音速喷管型面曲线设计模块，使用该程序可设计超音速喷管出口马赫数为1.0～2.0范围内任意型面曲线，在固定型面的超音速喷管型面曲线设计方面具有通用性和系列化能力，大大提高了设计能力和设计效率，降低了研发成本；并可保证不同出口马赫数的喷管具有相同的轴向长度，可快速更换不同出口马赫数的超音速喷管，满足不同进口速度要求的超音速压气机平面叶栅试验需求，提高了试验准备效率。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本申请提供了一种超音速喷管，包括亚音速收缩段与超音速扩散段；
2、其中，亚音速收缩段的型面曲线采用维托辛斯基曲线；
3、超音速扩散段的型面曲线沿气流方向依次包括圆心位于喷管外侧的喉部圆弧段(ap)、与喉部圆弧段(ap)相切的扩张直线段(pb)以及内径沿气流方向逐渐增大的扩张曲线段(bc)。
4、优选的是，喉部圆弧段(ap)为正圆圆弧。
5、优选的是，亚音速收缩段与超音速扩散段的两侧面包括平面。
6、一种超音速喷管型面曲线设计方法，设计所述的超音速喷管的型面曲线，：
7
8、根据设定的喷管出口马赫数m、喉部高度y*计算得到直线段首点泉流的音速半径r0以及最大膨胀角βb；
9、基于直线段首点泉流的音速半径r0以及几何关系计算得到直线段末点泉流的音速半径rb，进而根据最大膨胀角βb计算得到末点b的位置；
10、计算b点马赫数mb，基于出口马赫数m计算出使气体流动方向逐渐与轴向平行的扩张曲线段；
11、基于几何关系根据维托辛斯基曲线、圆弧半径、末点b的位置、以及扩张曲线段整合得到超音速喷管的型面曲线。
12、优选的是，，喉部高度y*的获取方法包括：
13、根据给定的喷管长与半高比blh以及试验段半高度h计算出喷管长度l，
14、根据所述喷管长度l以及给定的附面层厚度修正角q计算出喷管出口处的附面层位移厚度
15、根据所述喷管出口处的附面层位移厚度计算喷管出口处曲线粘性的修正量
16、根据喷管出口马赫数m计算出喷管出口面积f1与喉部面积f*的比值，基于所述比值、喷管出口处曲线粘性的修正量以及喷管出口几何关系计算出喉部高度y*。
17、优选的是，，喉部高度y*的获取方法包括：直线段首点泉流的音速半径r0以及最大膨胀角βb的计算方法包括：
18、根据喷管出口马赫数m计算出扩张直线段(pb)的普朗特一迈耶角；
19、根据扩张直线段(pb)的普朗特一迈耶角计算出最大膨胀角βb；
20、根据最大膨胀角βb计算得到扩张直线段末点b的马赫数mb；
21、根据末点b的马赫数mb以及喉部高度y*计算出泉流的音速半径r0；
22、根据泉流的音速半径r0以及最大膨胀角βb计算得到末点b的半径rb。
23、优选的是，，扩张曲线段的计算方法包括：
24、计算b点马赫数mb以及b点的普朗特一迈耶角；
25、基于出口马赫数m进而得到扩张曲线段(bc)的普朗特一迈耶角，
26、根据b点最大膨胀角βb以及扩张曲线段(bc)的普朗特一迈耶角得到扩张曲线段(bc)的最大膨胀角β；
27、根据最大膨胀角β拟合出扩张曲线段。
28、一种超音速喷管型面曲线设计模块，包括：
29、输入模块，用于输入计算超音速喷管型面曲线的参数；
30、计算模块，建立平面坐标系，通过所述的超音速喷管型面曲线设计方法在所述平面坐标系上拟合超音速喷管型面曲线；
31、输出模块，包括用于显示计算模块计算后的超音速喷管型面曲线的参数以及显示超音速喷管型面曲线的曲线。
32、优选的是，还包括仿真模块、用于对超音速喷管型面曲线的数值仿真计算校核；通过选用s-a方程湍流模型求解雷诺平均n-s方程的雷诺应力，其中计算边界条件包括：进口边界、出口边界和固壁边界，进口边界给定总压、总温、湍流黏性和气流方向，壁面条件为无滑移和绝热。
33、本申请的优点包括：
34、①设计一种基于参数化的超音速喷管型面曲线方法，开发具有通用性的超音速喷管型面曲线设计模块，降低超跨音速喷管流道型面的设计难度，实现不同马赫数范围的超跨音速喷管参数化设计能力，具有通用性和系列化优势，提高了设计能力和设计效率。
35、②针对超音速喷管型面曲线设计模块输出的型面曲线，形成模块化的数值仿真方法来计算不同出口马赫数的超音速喷管。
36、③在试验设备结构不改变的前提下，设计互换性强的不同出口马赫数的超音速喷管，降低试验器设计和加工成本。
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1.一种超音速喷管，其特征在于，
2.如权利要求1所述的超音速喷管，其特征在于，喉部圆弧段(AP)为正圆圆弧。
3.如权利要求1所述的超音速喷管，其特征在于，亚音速收缩段与超音速扩散段的两侧面包括平面。
4.一种超音速喷管型面曲线设计方法，设计如权利要求1所述的超音速喷管的型面曲线，其特征在于：
5.如权利要求4所述的超音速喷管型面曲线设计方法，其特征在于，喉部高度y*的获取方法包括：
6.如权利要求4所述的超音速喷管型面曲线设计方法，其特征在于，喉部高度y*的获取方法包括：直线段首点泉流的音速半径r0以及最大膨胀角βB的计算方法包括：
7.如权利要求4所述的超音速喷管型面曲线设计方法，其特征在于，扩张曲线段的计算方法包括：
8.一种超音速喷管型面曲线设计模块，其特征在于，包括：
9.如权利要求8所述的超音速喷管型面曲线设计方法，其特征在于，还包括仿真模块、用于对超音速喷管型面曲线的数值仿真计算校核；通过选用S-A方程湍流模型求解雷诺平均N-S方程的雷诺应力，其中计算边界条件包括：进口
...【技术特征摘要】
1.一种超音速喷管，其特征在于，
2.如权利要求1所述的超音速喷管，其特征在于，喉部圆弧段(ap)为正圆圆弧。
3.如权利要求1所述的超音速喷管，其特征在于，亚音速收缩段与超音速扩散段的两侧面包括平面。
4.一种超音速喷管型面曲线设计方法，设计如权利要求1所述的超音速喷管的型面曲线，其特征在于：
5.如权利要求4所述的超音速喷管型面曲线设计方法，其特征在于，喉部高度y*的获取方法包括：
6.如权利要求4所述的超音速喷管型面曲线设计方法，其特征在于，喉部高度y*的获取方法包括：直线...
【专利技术属性】
技术研发人员：李昊，刘建明，孙杰森，许向沈，于晓涛，谷雪花，穆文鹏，
申请(专利权)人：中国航发沈阳发动机研究所，
类型：发明
国别省市：
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