超声速转弯流道设计方法技术

本发明专利技术提供了一种超声速转弯流道设计方法。该超声速转弯流道设计方法包括：根据超声速流道设计结构的几何约束确定超声速流道壁面曲线的入口边界；根据超声速流道设计结构的几何约束确定超声速流道的单边壁面曲线；利用特征线法确定对应于单边壁面曲线的对边壁面曲线；根据出口流场参数确定超声速流道壁面曲线。根据本发明专利技术的超声速转弯流道设计方法，能够获得全流场为超声速的无激波超声速流道，为超声速风洞、超声速引射器、超声速飞行器的气动与结构设计提供更好的流场环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空气动力设计领域，具体而言，涉及一种。
技术介绍
超声速流动方向的改变必然伴随马赫波的辐射,若超声速流道突然转弯或转弯曲率过大就会出现明显的激波结构，激波结构不仅带来流动的总压损失还会与壁面边界层相互作用形成复杂的分离区结构，极大地恶化超声速流道的气动性能。文献《气体动力学》(童秉刚，高等教育出版社，1989)公开了一种超声速喷管设计方法，步骤如下1.根据收缩比和长径比的要求，设计亚声速段曲线；2.根据亚声速段曲线确定喉部的超声速初值线；3.根据超声速初值线和一定的理论公式确定超声速段的马赫数分布；4.根据超声速段的马赫数分布确定超声速段壁面。该种方法中必须设计亚声速区，且一般为二维或轴对称结构，如果需要流动转弯，就会出现集中的膨胀和压缩波，曲率过大就会产生激波，内部流场参数无法控制，对超声速流场品质造成不利的影响，此外，现有技术中也并无超声速无激波转弯流道的设计方法。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种，能够获得全流场无激波的超声速流道，为超声速风洞、超声速引射器、超声速飞行器的气动与结构设计提供更好的流场环境。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种，包括根据超声速流道设计结构的几何约束确定超声速流道壁面曲线的入口边界；根据超声速流道设计结构的几何约束确定超声速流道的单边壁面曲线；利用特征线法确定对应于单边壁面曲线的对边壁面曲线；根据出口流场参数要求确定对边壁面曲线下游的超声速流道壁面曲线。进一步地，入口边界包括第一入口边界点和第二入口边界点，根据超声速流道设计结构的几何约束确定超声速流道的入口边界还包括根据入口边界的马赫数和流动方向角确定入口边界的入口影响域，根据第一入口边界点和第二入口边界点利用特征线法确定入口影响域的顶点。进一步地，根据超声速流道设计结构的几何约束确定超声速流道的单边壁面曲线包括根据出口几何约束，确定对应于第一入口边界点的第一出口边界点，并确定第一入口边界点和第一出口边界点之间的单边壁面曲线。进一步地，根据超声速流道设计结构的几何约束确定超声速流道的单边壁面曲线还包括根据单边壁面曲线上的第一入口边界点和入口影响域的顶点之间形成的特征线以及单边壁面曲线利用特征线法确定单边壁面曲线上的中间点；利用特征线法求解单边壁面曲线上的第一入口边界点、该中间点和入口影响域的顶点所形成的区域流场的马赫数和流动方向角。进一步地，在确定入口边界点、该中间点和入口影响域的顶点所形成的区域流场的马赫数和流动方向角之后，根据超声速流道设计结构的几何约束确定超声速流道的单边壁面曲线还包括根据该区域流场的马赫数和流动方向角确定第一入口边界点与该中间点的马赫数分布；根据出口马赫数设计确定单边壁面曲线的第一出口边界点的马赫数；利用二阶连续曲线将单边壁面曲线的第一入口边界点、第一出口边界点以及单边壁面曲线上的中间点的马赫数分布连接起来，形成单边壁面曲线的马赫数分布曲线。进一步地，利用特征线法确定对应于单边壁面曲线的对边壁面曲线包括根据入口边界的第二入口边界点和单边壁面曲线的第一出口边界点利用特征线法确定位于对边壁面曲线上的中间点；根据单边壁面曲线的中间点与单边壁面曲线的第一出口边界点之间的曲线，利用特征线法确定第二入口边界点与对边壁面曲线上的中间点之间的曲线。进一步地，根据单边壁面曲线的中间点与单边壁面曲线的第一出口边界点之间的曲线，利用特征线法确定第二入口边界点与对边壁面曲线上的中间点之间的曲线之后，利用特征线法确定对应于单边壁面曲线的对边壁面曲线还包括根据第二入口边界点与单边壁面曲线上的中间点之间的曲线马赫数和流动方向角，利用特征线法确定第一出口边界点与对边壁面曲线上的中间点之间的曲线。进一步地，根据设计要求确定超声速流道壁面曲线包括根据出口设计要求确定第二出口边界点以及位于第一出口边界点和第二出口边界点之间的出口边界，并利用特征线法确定出口边界的马赫数和流动方向角。进一步地，利用特征线法确定出口边界的马赫数和流动方向角之后，根据设计要求确定超声速流道壁面曲线还包括根据第一出口边界点与单边壁面曲线上的中间点之间的曲线和出口边界的马赫数和流动方向角，利用特征线法确定第二出口边界点与对边壁面曲线的中间点之间的壁面曲线坐标、马赫数和流动方向角。进一步地，在确定超声速流道壁面曲线之后还包括根据超声速流道设计要求，利用超声速流道壁面曲线形成超声速流道。进一步地，根据超声速流道设计要求，利用超声速流道壁面曲线形成超声速流道包括根据气体流动类型选择超声速流道的生成方式，当气体为二维流动时，将超声速流道壁面曲线沿垂直其自身方向拉伸，形成超声速矩形截面流道；当气体为三维流动时，根据超声速流道壁面曲线的坐标确定对称轴，超声速流道壁面曲线绕对称轴旋转，形成超声速环形截面流道。进一步地，特征线法包括预估步和校正步，校正步根据预估步的结果进行校正。应用本专利技术的技术方案，包括根据超声速流道设计结构的几何约束确定超声速流道的入口边界；根据超声速流道设计结构的几何约束确定超声速流道的单边壁面曲线；利用特征线法确定对应于单边壁面曲线的对边壁面曲线；根据设计要求确定超声速流道壁面曲线。根据本方法设计的超声速流道，从入口至出口均为超声速区，因此，保证全流场为超声速流场，根据特征线法确定的超声速流道壁面曲线，能够形成无激波转弯的超声速流道，使流体可自由转弯，避免了流体在流动过程中形成集中的膨胀和压缩波，提高了流场质量。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中图1示出了根据本专利技术的的入口边界的示意图；图2示出了根据本专利技术的形成入口影响域的示意图；图3示出了根据本专利技术的形成单边壁面曲线的示意图；图4示出了根据本专利技术的形成单边壁面曲线的中间点的不意图；图5示出了根据本专利技术的形成的单边壁面曲线的马赫数分布曲线示意图；图6示出了根据本专利技术的形成的至对边壁面曲线的中间点的曲线示意图；图7示出了根据本专利技术的的出口边界的马赫数分布曲线示意图；图8示出了根据本专利技术的的出口边界的流动方向角分布曲线示意图；以及图9示出了根据本专利技术的的超声速流道壁面曲线示意图；以及 图10示出了根据本专利技术的的特征线法求解示意图。具体实施例方式下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。根据本专利技术的实施例，超声速转弯流道通过以下方法获得。如图1所示，首先根据超声速转弯流道的结构设计要求即出口流场参数的几何约束确定超声速流道壁面曲线的入口边界AB，其中A为入口边界AB的第二入口边界点，B为入口边界AB的第一入口边界点。然后根据入口边界AB的第二入口边界点A和第一入口边界点B的坐标、马赫数和流动方向角，利用特征线法确定入口影响域的顶点C的坐标以及该顶点C的马赫数和流动方向角。之后根据第二入口边界点A和第一入口边界点B之间的各点的坐标、马赫数和流动方向角，确定AC之间的曲线和BC之间的曲线，最终确定入口影响域ABC的区域流场的马赫数和流动方向角，如图2所示。如图3所示，在入口影响域ABC确定之后，根据出口设计要求的几何约束，确定对应于第一入口边界点B的第一出口边界点E，并根据设计要求的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声速转弯流道设计方法，其特征在于，包括：根据超声速流道设计结构的几何约束确定超声速流道壁面曲线的入口边界；根据超声速流道设计结构的几何约束确定超声速流道的单边壁面曲线；利用特征线法确定对应于单边壁面曲线的对边壁面曲线；根据出口流场参数确定对边壁面曲线下游的超声速流道壁面曲线。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵玉新，王振国，赵延辉，梁剑寒，范晓樯，马志成，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：