[发明专利]出口截面流场参数可控的内转式进气道基本流场设计方法

说明书

本发明提供一种出口截面流场参数可控的内转式进气道基本流场设计方法，根据出口截面的一种流场参数分布来设计基本流场下边界的形状，所述方法首先根据反射激波顶点处的波后流场参数来设计可生成反射激波的气动型面，然后根据出口截面的一种流场参数分布来设计可将反射激波的波后依赖域出口下游流场参数调整至与出口截面流场参数分布一致的气动型面，本发明只需对出口截面处的一个参数进行约束，对出口截面处流场参数分布的约束较少，扩大了给定流场参数的给定范围。控制反射激波顶点处流场参数时便可有效控制反射激波在进气道隔离段内的反射，同时也有利于削弱反射激波与附面层相互干扰的强度，从而有利于提升进气道的气动性能。

技术领域

本发明涉及马赫数大于3的内转式进气道设计领域，尤其是一种出口截面流场参数可控的内转式进气道基本流场设计方法。

背景技术

近十几年来，内转式进气道在高马赫数(3<M<5)和高超声速(M>5)吸气式推进系统设计中的应用越来越广泛。在传统的内转式进气道基本流场中，反射激波由水平的基本流场下边界生成，这种情况下进气道对来流的压缩过程主要有入口激波、等熵压缩、反射激波和隔离段四个部分。由于设计原因，传统的内转式进气道基本流场上表面对反射激波并不能很好消波，这使得反射激波在隔离段内继续反射形成反射激波串，从而对进气道的气动性能带来较大影响。此外，由于进气道流场结构具有三维内收缩特征，附面层在等熵压缩段内迅速累积再与反射激波相互干扰产生很强的二次流，使气流的总压恢复系数在隔离段内迅速下降。

目前，南京航空航天大学张堃元老师团队在内转式进气道研究比较深入。该团队的研究结果表明，通过改变中心体半径削弱反射波可使进气道的气动性能得到大幅提升，然而，该团队目前只是采用CFD方法，根据给定的基本流场下边界形状来确定反射激波，对反射激波还没有更为准确的控制方法研究。

近年来，该团队还提出了根据给定进气道出口流场参数分布来设计进气道型面的方法，但也仅限于二元情况。此外，厦门大学韩伟强利用乔文友发展的逆特征线法开展了根据给定出口流场参数分布确定内转式进气道基本流场的研究。这些方法至少要同时给定两个独立参数，然后根据流量关系确定入射激波形状，再根据等熵关系确定所有出口流场参数，最后应用现有特征线方法确定整个流场参数分布及边界形状。初步来看，这些方法貌似可以直接设计内转式进气道的基本流场，但是存在两方面的问题影响其在内转式进气道设计中的应用：

首先，在流场的三维效应下，出口流场参数分布的存在性是一个亟待解决的问题。在基本流场中，气流经过轴对称的等熵压缩和激波压缩，使得出口参数分布存在较强的非线性。这时，如果给定的出口参数分布不合理，计算很容易发散。因此如何给定出口参数分布还需要做进一步研究。其次，在不考虑存在性的前提下，虽然根据出口参数完全确定基本流场的方法比较简便，但是该方法同时也限制了流场的压缩规律，这对进气道兼顾起动和抗反压能力带来一定困难。此外，流场的压缩规律对附面层的发展也存在较大的影响，因此采用这种方法很难控制进气道的粘性损失，进而很难控制反射激波与附面层的相互干扰。由此可知，如何根据出口参数分布来调节流场的压缩规律又是一个限制该方法应用的一大障碍。

基于以上两方面的原因，根据出口参数分布设计基本流场的方法目前还仅限于二元进气道上，在内转式计进气道设计中的应用还有待于进一步深入研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有根据出口流场参数分布设计进气道型面方法存在的不足，提供一种可以控制进气道基本流场出口截面流场参数分布的内转式进气道基本流场设计方法。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：