[发明专利]基于二维搜索的飞行器驻点温度计算方法

说明书

技术领域

本发明属于气动热效应技术领域，特别是涉及一种适用于学术研究及实际工程应用的基于二维搜索的飞行器驻点温度计算方法。

背景技术

临近空间高超声速飞行器具有得天独厚的军事战略地位，以此为背景的各项科学研究相继展开。与传统航空器相比，高超声速飞行器除了速度的显著提高，在高超声速飞行环境下气动热效应衍生的等离子鞘，会给雷达探测信号造成电磁干扰，导致雷达回波出现信号强度衰减、相位畸变、频率色散等问题，进而影响雷达探测的精度和准确性。

为了分析等离子鞘对雷达目标探测的影响程度，需要通过计算等离子鞘的反射系数，以此来模拟仿真等离子鞘包覆下高超声速飞行器的雷达回波信号。等离子鞘的反射系数会随着飞行器驻点温度的变化而变化，因此提供稳健的飞行器驻点温度对于准确分析等离子鞘对雷达目标探测的影响具有关键性的作用。

解决飞行器驻点温度问题，主要有两种方法：

1)CFD(计算流体力学)软件仿真方法。CFD从基本物理定理出发，结合数值模拟和计算机实验，可以用低成本模拟较复杂或较理想的物理过程。但受计算量的限制，一次计算只能获得固定飞行高度、速度条件下的驻点温度数据，很难获得连续高度和速度范围内的驻点温度计算结果，且计算结果与实际值的对比误差有待考证。

2)传统飞行器驻点温度计算方法。传统方法计算过程极为简单，但所牵扯的参数比较多样，均是以式(1)为基础，结合飞行环境参数完成的。

式中，T_s为飞行器驻点温度，T_o为周围大气温度(单位：K)通过飞行高度可以查询获得，k为恢复系数，其值取决于附面层中气流的流场，层流(流速较慢，平稳的气流)k＝0.82，紊流(也就是湍流)k＝0.87；γ为空气的定压热容量和定容热容量之比；Ma为马赫数。环境温度T_o数据来自U.S.Goverment Printing Office.U.S.Standard Atmosphere(1976),Washington.D.C.A.1976.。

其中，飞行速度Ma、大气温度T_o和恢复系数k都是可以直接或间接查询获得的，只有空气比热容比γ最为复杂也最为关键，该值与大气压力和温度相关，不能由飞行速度和高度查询获得。空气比热容比是计算高超声速流场中驻点温度、气流折转角、激波前后参数比(压强、温度、密度)的关键参数，一般取其在常温常压下的数值1.4。但是，高超声速流场在气动热效应的作用下，流场温度远高于常温，气压也不到常压的六分之一，数值变化超出一个数量级，若仍取常数1.4，则计算结果会出现重大误差。以驻点温度计算为例，当流场速度为21.4Ma时，温度误差高达54.75％。传统驻点温度计算方法中对于空气比热容比均取常数，只是根据飞行器的类型会对其取值有所调整。当飞行速度增大时必然导致驻点处温度增加，而空气比热容比的取值并未随着温度的增加做出相应的调整，因此传统驻点温度计算方法的误差必然会随速度的增大而增加。

上述方法中，CFD软件仿真方法受计算量的限制，一次计算只能获得固定高度和速度下的驻点温度，无法得到连续高度和速度范围内的驻点温度，且计算结果与实际值的对比误差有待考证；而传统飞行器驻点温度计算方法，驻点温度是大气环境参数和飞行速度的函数，由于参数之一的空气比热容比会随飞行速度的变化而变化，导致计算误差必然会随速度的增大而增加。因此现有的飞行器驻点温度计算方法都不再适用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于二维搜索的飞行器驻点温度计算方法，在只增加了一次搜索运算的条件下增加了计算精度，并获得连续高度和速度范围下的驻点温度，解决了现有技术飞行器驻点温度不准确、计算不连续的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于二维搜索的飞行器驻点温度计算方法，按照以下步骤进行：

步骤1，根据飞行器的飞行高度和飞行速度，建立初始空白查找表γ_M×N；查找表的每行对应飞行器的一个飞行高度，飞行高度H范围在20-70km，步进2km，查找表的行数为M＝26，M表示飞行器飞行高度的个数；飞行器的第i个飞行高度表示为H_i，i＝1,2,…M；查找表的每列对应飞行器的一个飞行速度V，查找表的列数为N＝41，N表示飞行器的速度个数，第j个飞行速度为V_j；j＝1,2,…N；飞行速度V范围在5-25Ma，步进0.5Ma；令查找表第i行第j列的数值γ_i,j取0；