[发明专利]一种高超声速喷管多阶连续气动型面的确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高超声速喷管多阶连续气动型面的确定方法，属于流体动力技术领域。

背景技术

喷管型面设计方法最先由普朗特(Prandtl)和贝斯曼(Busemann)提出，他们依据特征线方法完成了图解法，为喷管型面设计技术打下基础。稍后，派克特(Puckett)将图解法修改为半图解法。该方法设计喷管需要大量精确的绘图工作，同时还含有未定量的误差，尤其当图线接近对称轴的时候更加明显，设计过程枯燥且复杂。为解决图解法设计喷管的弊端，喷管设计方法经过了一系列的改进，如解析法，经验公式法、半理论半经验公式法，分析设计法等。现常采用的喷管设计技术方案主要有两种，Foelsch设计法和Cresci设计法。

Foelsch继承前人的思想，提出了喷管的解析设计法，该方法是一种近似简化的方法，喷管外形坐标可以由两个简单方程迅速求出。其主要思想是通过假定在转折点区域的流动是源流而简化型面的计算。源流下游的边界是转折点发出到对称轴上的特征线。沿着这条特征线流动参数很容易计算出来；并且因为在源流区域的下游的所有左行特征线都是直的，下游的全部型线可以通过解析的方法决定出。在转折点的上游，通过采用一个简单的经验曲线(圆弧加直线或三次曲线)，使得源流可以产生。其示意图如图1所示。

Cresci设计法也采用源流假设，通过在源流的下游区域引进一个过渡区获得连续的曲率型线。在转折点的上游，采用一条三次曲线使得源流产生，同时转折点下游型线舍弃Foelsch法采用的近似的解析解，而是通过已知边界条件，建立特征线网格，根据质量守恒原理确定型面坐标。其示意图如图2所示。

现有的技术中，Foelsch设计方法型面曲率的不连续会影响流场品质且不适合挠性喷管的设计。Cresci设计方法虽然可以获得连续曲率的型面，但转折点前的曲线是经验曲线。选择的经验曲线不一定能保证源流的形成或者源流区域很小，从而影响特征线参数的求取及消波区中消除膨胀波效果，最终的流场品质有所下降。

发明内容

本发明的目的：克服现有技术的不足，提供了一种高超声速喷管多阶连续气动型面的确定方法，克服现有技术在喷管设计中型面曲率不连续和需要选择经验曲线来完成喷管设计的问题，完全通过计算获取多阶连续曲率的喷管型面。

本发明的技术解决方案：

一种高超声速喷管多阶连续气动型面的确定方法，包括如下步骤：

(1)建立坐标系，以喷管入口和出口中心点的连线为x轴，喷管出口的方向为x轴的正方向，以过喉道顶点T垂直于x轴的直线为y轴，喉道顶点T位于y轴的正半轴上，x轴和y轴的交点为原点O，

G点和A点为所述高超声速喷管多阶连续气动型面上的点，A点位于G点和D点之间，D为喷管出口点，T、G、A、D四点的横坐标值依次增大，其中D点为喷管型面上横坐标值最大的点，E点、B点和C点均为x轴上的点，且E点、B点和C点的坐标依次增大；

(2)确定边界右行特征线TI的参数，I为x轴上的点，具体为：