[发明专利]超声速流道的实现方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及空气动力领域，具体而言，涉及一种超声速流道的实现方法和装置。

背景技术

超声速流道，如喷管、进气道、隔离段、转弯段等，常用于风洞和高速飞行器。随着现代空气动力学的发展，人们对超声速流道的设计需求也越来越高。为了给超声速风洞、飞行器的气动与结构设计提供更好的流场环境，往往需要一种内流道截面为圆形变矩形或矩形变圆形的超声速流道。

相关技术中，还没有基于空气动力学原理的内流道截面为圆形变矩形或矩形变圆形的超声速流道实现方法，而在进气道设计中，提到了一种相近的实现方法：矩形转椭圆形的高超声速进气道设计方法，该方法的步骤如下：

(1)给出满足压力比的基准流场F；

(2)根据基准流场，利用流线追踪技术获得矩形、倒圆角矩形和椭圆形流管；

(3)采用加权组合的方法由三个流管计算矩形转椭圆形的进气道。

然而，上述设计方法存在一定的缺陷，由于只有一个基准流场，因此，在入口或出口流场确定之后，无法同时保证矩形管道和圆形管道内膨胀和压缩波的匹配；此外，上述的实现方法中，出口流场的均匀性较差，流道总压损失也较大。

针对相关技术中单个基准流场的单一压缩特性所导致的无法同时保证矩形管道和圆形管道内膨胀和压缩波的匹配问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种超声速流道的实现方法和装置，以解决相关技术中单个基准流场的单一压缩特性所导致的，无法同时保证矩形管道和圆形管道内膨胀和压缩波的匹配问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种超声速流道的实现方法，包括：根据入口流场的约束参数获取位于流道中心线上的第一中心点；根据出口流场的约束参数获取位于流道中心线上的第二中心点；根据第一中心点和第二中心点连线上的第三中心点、预定的圆形流道的壁面点以及预定的矩形流道的壁面点生成超声速流道的壁面曲线。

优选的，根据第一中心点和第二中心点连线上的第三中心点、预定的圆形流道的壁面点以及预定的矩形流道的壁面点生成超声速流道的壁面曲线的步骤包括：通过以下公式计算r_blend，其中，r_blend为P_blend与P_center之间的距离，P_blend为超声速流道的壁面曲线上的点，P_center为第三中心点：r_blend＝f_blend(t)_rcircle+[1-f_blend(t)]r_rectangle，其中，r_circle为P_circle与P_center之间的距离，P_circle为预定的圆形流道的壁面点；r_rectangle为P_rectangle与P_center之间的距离，P_rectangle为预定的矩形流道的壁面点；f_blend(t)∈[0，1]，t∈[0，1]；通过计算得到的r_blend以及P_center得到P_blend。

优选的，f_blend(t)根据预定的结构约束从[0，1]之间选取得到。

优选的，根据入口流场的约束参数获取位于流道中心线上的第一中心点的步骤包括：根据入口流场和出口流场的位置确定流道中心线A-B的长度和位置以及中心线马赫数分布；根据入口流场的约束参数、流道中心线A-B的长度和位置以及中心线马赫数分布确定矩形流管的壁面曲线C-D，其中，C为入口点；将曲线型面C-D相对于流道中心线A-B进行镜像得到镜像壁面曲线C’-D’；将点D与D’的连线与流道中心线A-B的交点设置为第一中心点。

优选的，根据出口流场的约束参数获取位于流道中心线上的第二中心点的步骤包括：根据入口流场和出口流场的位置确定流道中心线A-B的长度和位置以及中心线马赫数分布；根据出口流场的约束参数、流道中心线A-B的长度和位置以及中心线马赫数分布确定圆形流管的壁面曲线F-E，其中，F为出口点；将曲线型面F-E相对于流道中心线A-B进行镜像得到镜像壁面曲线F’-E’；将点E与E’的连线与流道中心线A-B的交点设置为第二中心点。