[发明专利]一种基于PIV技术的超声速翼型的测力方法和装置

权利要求书

1.一种基于PIV技术的超声速翼型的测力方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1，根据PIV测得的超声速流场的速度场，使用MacCormack方法计算对应的密度场和压力场；

步骤2，基于控制体方法和动量守恒方程，计算超声速翼型受到的升力系数和阻力系数；

步骤3，基于流线追踪法和流量守恒定律，对阻力系数进行修正以提高其计算精度；

步骤2中，所述基于控制体方法和动量守恒方程，计算超声速翼型受到的升力系数和阻力系数，包括如下步骤：

步骤2.1，根据控制体方法，将动量守恒方程整理为如下形式：

F＝-∫∫_Sρ(u·n)udS+∫∫_S(-pn+τ·n)dS，

其中，所述F，u，n，τ，ρ，p和S分别表示超声速翼型的力矢量，流场的速度矢量，控制体边界外法线方向上的单位矢量，粘性应力张量，流场的密度，流场的压力和控制体边界的面积；

步骤2.2，将步骤2.1所得方程进一步处理，得到超声速翼型的受力方程为：

F＝∫∫_Sρ(u·n)(u_∞-u)dS+∫∫_S((p_∞-p)n+τ·n)dS，

其中，所述u_∞和p_∞分别表示自由来流处的速度矢量和压力；

步骤2.3，根据超声速翼型的受力方程得到二维流场中超声速翼型受到的升力方程和阻力方程；

步骤2.4，基于二维流场中超声速翼型受到的升力方程和阻力方程计算超声速翼型受到的升力系数和阻力系数。

2.根据权利要求1所述的基于PIV技术的超声速翼型的测力方法，其特征在于，步骤1中，所述根据PIV测得的超声速流场的速度场，使用MacCormack方法计算对应的密度场和压力场，包括如下步骤：

步骤1.1，选取气体状态方程、热量状态方程和N-S方程作为MacCormack方法的基本方程组；

步骤1.2，将PIV测得的速度场带入上述MacCormack方法的基本方程组，并进行有限差分处理；

步骤1.3，使用MacCormack方法对所述基本方程组进行迭代求解，从而得到超声速流场的速度场对应的密度场和压力场。

3.根据权利要求1所述的基于PIV技术的超声速翼型的测力方法，其特征在于，步骤2.3中，所述二维流场中超声速翼型受到的升力方程为：

L＝∫ρa(b-b_∞)dy-∫ρb(b-b_∞)dx-∫(p-p_∞)dx，

超声速翼型受到的阻力方程为：

D＝∫ρa(a-a_∞)dy-∫ρb(a-a_∞)dx+∫(p-p_∞)dy，

其中，所述L，D，a，b，a_∞和b_∞分别表示超声速翼型受到的升力和阻力，二维流场的速度沿x方向和y方向的分量，自由来流处的速度沿x方向和y方向的分量。

4.根据权利要求3所述的基于PIV技术的超声速翼型的测力方法，其特征在于，所述超声速翼型受到的升力系数计算公式为：

超声速翼型受到的阻力系数计算公式为：

其中，所述C_l，C_d和V_∞分别表示超声速翼型受到的升力系数，阻力系数，自由来流处的速度大小。