[发明专利]能模拟出口气动参数分布并确定出口形状的超声速推力喷管反设计方法

权利要求书

1.一种能模拟出口气动参数分布并确定出口形状的超声速推力喷管反设计方法，其特征在于，包括以下设计步骤：

步骤(1)、预先设定喷管出口气动参数分布和几何无量纲形状，再结合流量确定有量纲出口形状；

步骤(2)、采用有旋特征线法，根据喷管出口气动参数分布，确定出口依赖域，并根据出口依赖域确定喷管的依赖域连接点；

步骤(3)、根据喷管进口参数分布和连接点参数，采用有旋特征线法和迭代法计算得到初始膨胀段，并根据进口参数和初始膨胀段确定进口影响域和影响域连接点；

步骤(4)、将步骤(2)中的出口依赖域连接点连接至步骤(3)中的进口影响域连接点；

步骤(5)、根据流量守恒定律、进口影响域和出口依赖域，采用有旋特征线法确定待设计的推力喷管的上、下壁面型线，完成推力喷管设计；

所述步骤(3)包括如下步骤：

步骤1)：设定初始的上膨胀段和下膨胀段，结合喷管进口参数分布，利用特征线法得到膨胀进口影响域、初始膨胀段和进口影响域，进一步提取进口影响域连接点的信息；

步骤2)：利用流线追踪法获得从喷管入口到进口影响域连接点的流线，利用流线将进口和初始膨胀段确定的影响域分为上下部分，分别计算上下部分的流量；

步骤3)：比较进口影响域连接点和出口依赖域连接点的气动参数的大小，并进一步比较从依赖域连接点出发的流线分为上下部分的流量与从影响域连接点出发的流线分为上下部分的对应流量大小；

步骤4)：根据步骤3)得到的流量大小值，设定迭代因子，利用迭代因子去调整上膨胀段和下膨胀段后，再重复步骤1)至步骤3)，重新计算得到新的连接点、并重新比较从依赖域连接点出发的流线分为上下部分的流量与从影响域连接点出发的流线分为上下部分的对应流量大小；

步骤5)：重复步骤4)，直到进口影响域连接点和出口依赖域连接点的参数完全相等，并且根据流线分配的流量也相等，得到能将影响域和依赖域连接在一起的连接点。

2.根据权利要求1所述的能模拟出口气动参数分布并确定出口形状的超声速推力喷管反设计方法，其特征在于：所述有旋特征线法包括如下特征线方程：

其中，x和y表示二维笛卡尔坐标，λ_±表示特征线C_±的斜率，λ₀表示特征线C₀的斜率，u和v分别表示沿x和y方向的速度分量，θ表示流动角，α表示马赫角；

所述步骤(3)中采用的特征线法还包括如下相容性方程：

ρVdV+dp＝0

dp-a²dρ＝0

其中，ρ表示流体密度，V表示流体速度，p表示静压，a表示声速，Ma为马赫数；若属于二维流动，δ等于0。

3.根据权利要求1所述的能模拟出口气动参数分布并确定出口形状的超声速推力喷管反设计方法，其特征在于：所述依赖域连接点和影响域连接点具有相同的气动参数和几何位置。

4.根据权利要求1所述的能模拟出口气动参数分布并确定出口形状的超声速推力喷管反设计方法，其特征在于：所述进口影响域的连接点将进口影响域分成上下两部分的质量流量、与出口依赖域的连接点将出口依赖域分成上下两部分的质量流量是相等的。