[发明专利]挠性壁喷管超声速第一菱形区后部空间流场优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声速风洞流场调试与校测领域，尤其是涉及一种挠性壁喷管超声速第一菱形区后部空间流场优化方法。

背景技术

在超声速风洞中，喷管是超声速风洞的核心部件，是风洞具备优良速度场品质的关键。喷管的收缩部分将气流从低亚声速加速到声速，从喉道开始使气流等熵加速膨胀至喷管出口并达到所要求的马赫数。喷管型面将影响气流速度场分布的均匀性。超声速喷管可分为二维和三维两种型式，二维喷管有两个平行的平面壁，另两个壁面则是二维型面，喷管的速度场基本是二维的。二维喷管有固块喷管和挠性壁喷管两种型式。固块喷管由对称安装的两个相同型面的喷管块组成，每对喷管块对应一个特定的马赫数。近代超声速风洞通常采用可变马赫数的挠性壁喷管，在驱动系统的作用下，挠性壁在平行固壁间弯曲变形以形成所需要的马赫数型面。挠性壁喷管具有宽的马赫数调节范围，并可得到较好的速度场品质。

具有二维挠性壁喷管的超声速风洞，通常采用实验影响法对试验段模型区速度场进行优化，即在喷管静态调试确定的初始型面基础上，通过试验获得第一菱形区(所谓第一菱形区是指以喷管出口为菱形的两个顶点，分别以其中一个顶点为起点，画出两条射线(两条射线与风洞轴线夹角分别为arcsin(1/M)和π-arcsin(1/M)，M是指马赫数，角度单位为弧度)，两条射线与风洞轴线相交，所形成的菱形区域，见图1)核心流马赫数分布曲线和对第一菱形区马赫数分布产生直接影响的各撑杆的单位影响曲线，计算出各撑杆的调节量，实现对喷管型面的优化。该方法需要完整测量出第一菱形区范围内核心流马赫数的分布以及参与喷管型面优化撑杆的影响曲线，但是高马赫数第一菱形区较长，由于受到中部支架安装位置的干涉，第一菱形区后段核心流马赫数分布无法直接测量，进而无法对后部空间区域速度场速度分布进行优化。国内外也未见相关文献提及类似的优化方法。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种挠性壁喷管超声速第一菱形区后部空间流场优化方法，解决了在挠性壁喷管型面优化试验中，中部支架与高马赫数第一菱形区后段空间位置存在干涉，不能直接测量出第一菱形区后段核心流马赫数分布，无法对与其对应的空间速度场分布进行优化的问题。

本发明的发明目的通过以下技术方案来实现：

一种挠性壁喷管超声速第一菱形区后部空间流场优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)测得风洞空间速度场垂直于挠性壁沿风洞轴线方向各测量截面的马赫数分布数据，然后根据马赫波传递规律，将垂直于挠性壁空间流场马赫数分布的影响量传递到核心流，并将上下壁面的影响量进行叠加，构造出第一菱形区超出测量区域的核心流马赫数分布数据，并与实际测量的核心马赫数分布数据结合，构造出完整的第一菱形区核心流马赫数分布曲线，最后根据完整的第一菱形区核心流马赫数分布曲线，计算得到理想修正量；

(2)测得测量区域内的多个相邻撑杆的单位影响曲线，根据同一马赫数相邻撑杆的单位影响曲线的相关性，获得各撑杆超出测量区域的单位影响曲线，并与已测出的测量区域内的撑杆的单位影响曲线叠加，构建完整的撑杆单位影响曲线；

(3)根据步骤(1)中得到的理想修正量和步骤(2)中得到的完整的撑杆单位影响曲线，并利用实验影响法，计算出各撑杆的修正量；

(4)根据各撑杆的修正量对喷管型面进行修正，完成对喷管型面的优化，进而实现对第一菱形区后部空间速度场的优化。

优选的，步骤(1)中，由于超声速流场中弱扰动波传播的方向是沿马赫波方向传播的，因此将空间流场中干扰波系对空间马赫数的影响量沿马赫波方向传递到核心流，并将两个方向的影响量进行线性叠加，然后与第一菱形区内实际测量的核心流马赫数数据结合，构造出完整的第一菱形区核心流马赫数分布曲线。

优选的，步骤(2)利用挠性壁喷管型面优化中同一马赫数相邻撑杆单位影响曲线存在相位平移的关系，通过将之前撑杆单位影响曲线逐个向后平移，构造出所需撑杆第一菱形区内完整的单位影响曲线。