[发明专利]匹配曲锥弹身的变截面三维内收缩进气道设计方法

说明书

本发明公开了匹配曲锥弹身的变截面三维内收缩进气道设计方法，包括曲锥弹身、变截面三维内收缩进气道，方法步骤如下：1)根据曲锥弹身几何形状与燃烧室进口形状要求，设计变截面三维内收缩进气道进口形状与进气道肩部型线形状；2)将进气道进口型线与进气道肩部型线进行离散；3)求解轴对称基本流场，并根据变截面三维内收缩进气道进口形状在基本流场中进行流线追踪，获得对应流线；4)根据变截面三维内收缩进气道进出口形状的相对位置截断流线，并将所得流线进行三维排布获得变截面三维内收缩进气道压缩型面；5)以变截面三维内收缩进气道压缩型面为基础对匹配曲锥弹身的变截面三维内收缩进气道进行几何构造。

技术领域

本发明涉及三维内收缩进气道的技术领域，特别是涉及匹配曲锥弹身的变截面三维内收缩进气道设计方法。

背景技术

临近空间飞行器的是目前国际各航空强国竞相争夺的战略制高点。以美国、俄罗斯为代表的世界强国均持续开展高超声速飞行器的研究工作。实现高超声速飞行的关键是吸气式推进系统，而其重中之重则是高超声速进气道的设计问题。进气道位于飞行器推进系统的最前端，直接与高超声速飞行器前体相连接，起着压缩来流，为下游提供尽可能多的高压低速气流的作用。

长期的研究过程中，国内外学者提出了包括二元式进气道、轴对称式进气道和侧压式进气道在内的一系列进气道，并就它们的设计方法、流动特征、工作特性、工程设计研究等问题开展了研究。此外，国内外学者对于三维内收缩进气道也开展了大量的研究，如：美国Astrox公司的P.K.Ajay等提出的“Funnel”型进气道概念；美国航天宇航研究中心的M.K.Smart等提出的将矩形进口光滑转为椭圆形出口 ；美国约翰霍普金斯大学F.S.Billig等提出的流线追踪Busemann进气道的思路等。在国内，尤延铖等学者率先将外流乘波理论运用在进气道内流研究中，提出了一种被称为内乘波式的三维内收缩高超声速进气道。数值模拟和高焓风洞试验证实：设计状态下，该进气道可以全流量捕获来流；在非设计状态，该类进气道可以通过进口的自动溢流，明显改善低马赫数工作能力，因而具有较好的总体特性。

曲锥型弹身因其结构简单，容积率高等优点，较适合应用于高超声速弹类飞行器的研制，然而由于三维内收缩进气道几何外形的复杂性，长期以来都缺乏机体与三维内收缩进气道的一体化设计方法，尤其是用于匹配曲锥弹身的三维内收缩进气道一体化设计方法。由此可见，提供一种匹配曲锥弹身的变截面三维内收缩进气道设计方法对提高高超声速弹体飞行器的气动性能具有重要意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了匹配曲锥弹身的变截面三维内收缩进气道设计方法。

本发明采用如下技术方案：匹配曲锥弹身的变截面三维内收缩进气道设计方法，包括曲锥弹身、变截面三维内收缩进气道，所述变截面三维内收缩进气道包括变截面三维内收缩进气道压缩型面、变截面三维内收缩进气道进口与曲锥弹身相贯线、变截面三维内收缩进气道进口侧壁前缘型线、进气道肩部型线、变截面三维内收缩进气道隔离段，所述变截面三维内收缩进气道的进口为异型进口，变截面三维内收缩进气道出口为椭圆形，所述变截面三维内收缩进气道压缩型面设于变截面三维内收缩进气道肩部型线处转平进入变截面三维内收缩进气道隔离段，变截面三维内收缩进气道通过变截面三维内收缩进气道进口与曲锥弹身相贯线与曲锥弹身连续过渡，变截面三维内收缩进气道进口侧壁前缘型线由设计条件下轴对称基本流场入射激波确定，构造流面的流线依据变截面三维内收缩进气道肩部型线离散点至轴对称基本流场回转轴线的径向距离、变截面三维内收缩进气道肩部型线唇口侧离散点至轴对称基本流场回转轴线的径向距离将构造流面的流线截断，并将所得构造流面的流线在周向位置上构成流面得到变截面三维内收缩进气道压缩型面，获得能够完全匹配曲锥弹身的变截面三维内收缩进气道，方法步骤如下：

1）根据曲锥弹身几何形状与燃烧室进口形状要求，设计变截面三维内收缩进气道进口形状与进气道肩部型线形状；

2）将进气道进口型线与进气道肩部型线进行离散；