滑块式变马赫数喷管及其壁面确定方法技术

本发明专利技术提供一种滑块式变马赫数喷管及其壁面确定方法。滑块式变马赫数喷管壁面确定方法包括：根据喷管结构设计要求确定部分壁面曲线作为固定壁面曲线并确定滑块导轨壁面线、滑块壁面曲线、进动距离与出口马赫数的关系曲线；根据进动距离与出口马赫数的关系曲线，利用特征线法确定滑块处于当前位置时所对应的待求壁面曲线；改变滑块在滑块导轨上的位置，使得当前设计马赫数的值区间覆盖进动距离与出口马赫数关系曲线中的出口马赫数的所有值，确定各段待求壁面曲线；根据滑块导轨壁面线、固定壁面曲线、滑块壁面曲线、各段待求壁面曲线确定喷管的壁面曲线。通过该方法确定的喷管的出口流场均匀度高且出口马赫数能够很好的符合预先给定的出口马赫数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超声速喷管设计
，具体而言，涉及一种。
技术介绍
超声速喷管广泛的应用于高速飞机、火箭、超声速风洞、高能激光器、引射真空泵等设备中，喷管流场品质对设备的性能具有重要的影响。通过一定的设计技术获取适当的喷管壁面曲线可以大大改善喷管流场品质，提高设备性能，节省研究经费。超声速喷管一般由收缩段和扩张段组成，在一定压力驱动下，气体在收缩段逐渐加速，并在喉部附近达到声速，然后在扩张段继续加速，直至在出口形成所需要马赫数和流动方向角分布的超声速气流。随着现代空气动力学的高速发展和广泛应用，连续变马赫数喷管具有越来越重要的应用前景。特别是在风洞领域，配有连续变马赫数喷管的风洞可以模拟飞行器加速、减速、巡航等状态，一次实验相当于传统单马赫数喷管几十次甚至上百次实验，而且更接近实际的飞行环境。当前二维变马赫数喷管主要采用相对成熟的挠性喷管(柔壁喷管)技术。挠性喷管的壁面为具有一定刚度的薄板，薄板的形状由若干支点控制，通过改变支点的位置实现喷管型面的改变，进而获得不同的出口马赫数。但是，现有挠性喷管的作动机构十分复杂，每一个工作马赫数都需要大量的实验进行型面调整和流场校测，而且出口马赫数均匀度不闻。另外一种应用较少的技术是专著《风洞设计原理》(伍荣林、王振羽编著，北京航空学院出版社，1985年)给出的滑块式喷管。这种喷管通过调整位于收缩段中的滑块的前后移动，形成尺寸不同的喉部截面，并使滑块与外壁共同构成不同的喷管曲线。但是，现有滑块式喷管仅仅通过流量和马赫数的关系式约束喷管曲线，未考虑流动的二维与三维特征，流场品质无法保证，非设计点马赫数不均匀度高达20%-30%以上，对实验数据的可信度影响很大。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种，以解决现有技术中滑块式变马赫数喷管的流场品质不好，非设计点马赫数不均匀度高的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种滑块式变马赫数喷管壁面确定方法，包括:步骤10:根据喷管结构设计要求，确定部分壁面曲线作为固定壁面曲线，并确定滑块导轨壁面线、与该固定壁面曲线相配合的滑块壁面曲线、以及滑块进动距离与喷管出口马赫数的关系曲线；步骤20:根据滑块进动距离与喷管出口马赫数的关系曲线，利用特征线法确定滑块处于当前位置时所对应的待求壁面曲线；步骤30:沿远离喷管的出口的方向改变滑块在滑块导轨上的位置，使得当前设计马赫数的取值区间覆盖滑块进动距离与喷管出口马赫数关系曲线中的出口马赫数的所有值，确定各段待求壁面曲线；步骤40:根据滑块导轨壁面线、固定壁面曲线、与该固定壁面曲线相配合的滑块壁面曲线、以及各段待求壁面曲线确定滑块式变马赫数喷管壁面曲线。进一步地，步骤10还包括:步骤11:根据喷管结构设计要求确定滑块导轨壁面线出口端的端点，将滑块在滑块导轨上移动一段初始距离，然后确定滑块壁面曲线上任一点在滑块导轨壁面线上的投影点的坐标作为进动距离为零时的初始点的坐标；步骤12:根据喷管工作马赫数范围确定喷管出口最低设计马赫数，采用特征线法确定最低设计马赫数时的一段喷管壁面曲线，并以该喷管壁面曲线作为固定壁面曲线。进一步地，步骤12包括:步骤121:根据喷管结构设计要求确定喷管出口高度和喷管出口面积，并确定固定壁面曲线出口处的端点坐标；步骤122:根据滑块导轨壁面线、滑块壁面曲线和喷管出口边界采用特征线法求解喷管壁面曲线，该喷管壁面曲线上出口端的端点是固定壁面曲线出口处的端点；步骤123:在利用特征线法所确定的喷管壁面曲线上选取一点，该点的马赫数大于给定的满足喷管超声速设计要求的一个马赫数，该点为固定壁面曲线上远离出口端的端点，并以该固定壁面曲线的出口处的端点和固定壁面曲线上远离出口端的端点之间的喷管壁面曲线作为固定壁面曲线。进一步地，步骤20包括:步骤21:根据最低设计马赫数确定喷管出口流场参数，根据喷管出口流场参数采用特征线法确定固定壁面曲线远离出口的一端的端点开始的逆推特征线；步骤22:根据最低设计马赫数采用特征线法确定跨声速特征线；步骤23:根据逆推特征线和跨声速特征线采用特征线法确定最低设计马赫数对应的喷管的待求壁面曲线。进一步地，步骤22包括:步骤221:根据喷管结构设计要求确定喷管的入口高度，根据喷管入口高度确定喷管亚声速段的壁面曲线的入口端点的坐标；步骤222:根据喷管壁面曲线入口端点坐标靠近喷管入口端的端点的坐标采用二阶连续曲线法求解当前设计马赫数下的喷管亚声速段壁面曲线；步骤223:根据当前设计马赫数和喷管亚声速段壁面曲线确定当前待求壁面曲线靠近喷管入口端的端点的坐标，喷管亚声速段的壁面曲线的入口端点和待求壁面曲线靠近喷管入口端的端点所截取的喷管亚声速段壁面曲线作为当前设计马赫数下的亚声速段壁面曲线；步骤224:根据喷管亚声速段壁面曲线采用CFD方法确定喷管亚声速段流场，继而确定跨声速初值线；步骤225:根据跨声速初值线采用saure方法确定跨声速特征线。进一步地，步骤30包括:步骤31:将滑块在滑块导轨上移动单位进动距离，根据滑块进动距离与喷管出口马赫数关系曲线确定当前设计马赫数；步骤32:根据当前设计马赫数确定喷管出口流场参数，根据出口流场参数采用特征线法求解逆推特征线，逆推特征线的初始点为固定壁面靠近滑块一端的端点；步骤33:根据当前设计马赫数，采用特征线法确定喷管跨声速特征线；步骤34:根据跨声速特征线和逆推特征线采用特征线法确定当前待求壁面曲线。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。根据本专利技术的另一方面，提供了一种滑块式变马赫数喷管，滑块式变马赫数喷管的壁面由上述的滑块式变马赫数喷管壁面确定方法确定。根据本专利技术的另一方面，提供了一种滑块式变马赫数喷管，包括滑块导轨、可移动地设置在滑块导轨上的滑块、第一壁面和连接壁面，连接壁面连接在滑块导轨与第一壁面之间，两个连接壁面分别位于滑块导轨的宽度方向上的两侧，第一壁面包括固定壁面和待求壁面，固定壁面根据固定壁面曲线延展后得到，待求壁面根据滑块进动距离与喷管出口马赫数的关系曲线利用特征线法确定的待求壁面延展后得到。应用本专利技术的技术方案能够实现如下技术效果:根据喷管结构设计要求，确定滑块导轨壁面线、固定壁面曲线、与该固定壁面曲线相配合的滑块壁面曲线以及滑块进动距离与喷管出口马赫数的关系曲线；根据滑块进动距离与喷管出口马赫数的关系曲线利用特征线法确定滑块处于当前位置时所对应的待求壁面曲线；改变滑块在滑块导轨上的位置，逐步确定各段待求壁面曲线；根据固定壁面曲线、与该固定壁面曲线相配合的滑块壁面曲线以及各段待求壁面曲线确定滑块式变马赫数喷管的壁面。本方法直接给定滑块进动距离与喷管出口马赫数的关系曲线，而不是事后验证相关曲线，简化了计算过程，采用特征线法确定各个马赫数下的壁面曲线，保证喷管出口马赫数与滑块的位置关系符合给定的关系曲线，同时本专利技术的确定方法确定的滑块变马赫数喷管不涉及复杂的挠性控制机构，结构简单，控制方便，也克服了传统的一维设计喷管的流场不均匀问题。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示出了本专利技术的滑块式变马赫数喷管壁面确定方法的固定壁面曲线、滑块导轨和滑块壁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滑块式变马赫数喷管壁面确定方法，其特征在于，包括：步骤10：根据喷管结构设计要求，确定部分壁面曲线作为固定壁面曲线，并确定滑块导轨壁面线、与该固定壁面曲线相配合的滑块壁面曲线、以及滑块进动距离与喷管出口马赫数的关系曲线；步骤20：根据滑块进动距离与喷管出口马赫数的关系曲线，利用特征线法确定滑块处于当前位置时所对应的待求壁面曲线；步骤30：沿远离喷管的出口的方向改变滑块在滑块导轨上的位置，使得当前设计马赫数的取值区间覆盖滑块进动距离与喷管出口马赫数的关系曲线中的出口马赫数的所有值，确定各段待求壁面曲线；步骤40：根据滑块导轨壁面线、固定壁面曲线、与该固定壁面曲线相配合的滑块壁面曲线、以及各段待求壁面曲线确定滑块式变马赫数喷管壁面曲线。

【技术特征摘要】
1.一种滑块式变马赫数喷管壁面确定方法，其特征在于，包括: 步骤10:根据喷管结构设计要求，确定部分壁面曲线作为固定壁面曲线，并确定滑块导轨壁面线、与该固定壁面曲线相配合的滑块壁面曲线、以及滑块进动距离与喷管出口马赫数的关系曲线； 步骤20:根据滑块进动距离与喷管出口马赫数的关系曲线，利用特征线法确定滑块处于当前位置时所对应的待求壁面曲线； 步骤30:沿远离喷管 的出口的方向改变滑块在滑块导轨上的位置，使得当前设计马赫数的取值区间覆盖滑块进动距离与喷管出口马赫数的关系曲线中的出口马赫数的所有值，确定各段待求壁面曲线； 步骤40:根据滑块导轨壁面线、固定壁面曲线、与该固定壁面曲线相配合的滑块壁面曲线、以及各段待求壁面曲线确定滑块式变马赫数喷管壁面曲线。2.根据权利要求1所述的滑块式变马赫数喷管壁面确定方法，其特征在于，所述步骤10还包括: 步骤11:根据喷管结构设计要求确定滑块导轨壁面线出口端的端点，将滑块在滑块导轨上移动一段初始距离，然后确定滑块壁面曲线上任一点在滑块导轨壁面线上的投影点的坐标作为进动距离为零时的初始点的坐标； 步骤12:根据喷管工作马赫数范围确定喷管出口最低设计马赫数，采用特征线法确定最低设计马赫数时的一段喷管壁面曲线，并以该喷管壁面曲线作为固定壁面曲线。3.根据权利要求2所述的滑块式变马赫数喷管壁面确定方法，其特征在于，所述步骤12包括: 步骤121:根据喷管结构设计要求确定喷管出口高度和喷管出口面积，并确定固定壁面曲线出口处的端点坐标； 步骤122:根据滑块导轨壁面线、滑块壁面曲线和喷管出口边界采用特征线法求解喷管壁面曲线，该喷管壁面曲线上出口端的端点是固定壁面曲线出口处的端点； 步骤123:在利用特征线法所确定的喷管壁面曲线上选取一点，该点的马赫数大于给定的满足喷管超声速设计要求的一个马赫数，该点为固定壁面曲线上远离出口端的端点，并以该固定壁面曲线的出口处的端点和固定壁面曲线上远离出口端的端点之间的喷管壁面曲线作为固定壁面曲线。4.根据权利要求2所述的滑块式变马赫数喷管壁面确定方法，其特征在于，所述步骤20包括: 步骤21:根据最低设计马赫数确定喷管出口流场参数，根据喷管出口流场参数采用特征线法确定固定壁面曲线远离出口的一端的端点开始的逆推特征线； 步骤22:根据最低设计马赫数采用特征线法确定跨声速特征线； ...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵玉新，王振国，
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：