[发明专利]一种高速飞行器头部前缘转捩预测装置及方法

权利要求书

1.一种高速飞行器头部前缘转捩预测装置，其特征在于：包括斜激波波后流动参数确定模块、转捩判定准则系数确定模块和转捩预测模块；

所述的斜激波波后流动参数确定模块利用数值模拟方法得到高速飞行器头部前缘的斜激波波后流动参数，包括飞行器头部前缘斜激波波后的密度ρ_e、飞行器头部前缘斜激波波后的速度u_e和飞行器头部前缘斜激波波后的粘性系数μ_e；

所述的转捩判定准则系数确定模块利用公式得到转捩判定准则系数ReD，其中D为前缘直径；

所述的转捩预测模块将转捩判定准则系数ReD与预设的头部前缘转捩判定准则阈值ReD_Δ进行比较，若ReD≥ReD_Δ，则头部前缘发生转捩，为湍流流态，若ReD＜ReD_Δ，则前缘不发生转捩，为层流流态；

所述的头部前缘转捩判定准则阈值ReD_Δ由头部前缘转捩判定准则阈值确定模块得到，所述的头部前缘转捩判定准则阈值确定模块包括转捩后掠角确定模块、转捩斜激波波后参数提取模块、风洞试验转捩判定准则系数确定模块和转捩判定准则阈值对比判定模块，

所述的转捩后掠角确定模块根据若干后掠角不同、前缘半径一致的风洞模型在不同试验工况下风洞试验得到的每个试验工况下热流与后掠角的关系，再根据在每个试验工况下采用数值模拟方法得到的全层流和全湍流曲线，得到每个试验工况下发生转捩的后掠角；

所述的转捩斜激波波后参数提取模块提取与每个试验工况下转捩后掠角最接近的风洞模型进行的风洞试验，得到每个试验工况下头部前缘斜激波波后流动参数；

所述的风洞试验转捩判定准则系数确定模块利用公式得到每个试验工况下的转捩判定准则系数；

所述的转捩判定准则阈值对比判定模块将每个试验工况下的转捩判定准则系数进行对比，选取所有工况下的判定准则系数的最小值，作为头部前缘转捩判定准则阈值ReD_Δ。

2.一种高速飞行器头部前缘转捩预测方法，其特征在于通过以下步骤实现：

第一步，确定高速飞行器头部前缘的斜激波波后流动参数，斜激波波后流动参数包括飞行器头部前缘斜激波波后的密度ρ_e、飞行器头部后掠尖前缘斜激波波后的速度u_e和飞行器头部前缘斜激波波后的粘性系数μ_e；

第二步，根据第一步得到的斜激波波后流动参数，利用公式(1)得到高速飞行器头部前缘的转捩判定准则系数，

其中ReD为转捩判定准则系数，D为前缘直径；

第三步，转捩预测，

将第二步得到的转捩判定准则系数ReD与头部前缘转捩判定准则阈值ReD_Δ进行比较，若满足ReD≥ReD_Δ，则头部前缘发生转捩，为湍流流态，若不满足ReD≥ReD_Δ，则前缘不发生转捩，为层流流态；

所述第三步中头部前缘转捩判定准则阈值ReD_Δ通过以下步骤确定，

A3.1、制作与高速飞行器头部前缘半径一致、不同后掠角的一系列风洞模型；

A3.2、根据高速飞行器飞行轨迹参数，确定风洞试验参数的范围，风洞试验参数包括马赫数、攻角和雷诺数，确定一系列涵盖风洞试验参数范围的试验工况，在每一个试验工况条件下对步骤A3.1制作的一系列风洞模型开展风洞试验，得到每个试验工况下热流与后掠角的关系，再根据在每个试验工况下采用数值模拟方法得到的全层流和全湍流曲线，得到每个试验工况下发生转捩的后掠角，提取与每个试验工况下转捩后掠角最接近的风洞模型进行的风洞试验，得到每个试验工况下头部前缘斜激波波后参数；

A3.3、利用公式(1)，得到每个试验工况下的转捩判定准则系数；

A3.4、对步骤A3.3得到的转捩判定准则系数进行对比，选取所有工况下的判定准则系数的最小值，作为头部前缘转捩判定准则阈值ReD_Δ。