[发明专利]一种风洞高马赫数低雷诺数轴对称型面喷管设计方法

权利要求书

1.一种风洞高马赫数低雷诺数轴对称型面喷管设计方法，其特征在于：包括以下步骤，

Ⅰ.选取喷管设计点，根据设计点的总温T₀、总压P₀和特征尺寸等参数通过特征线法计算无粘型面；

Ⅱ.求解轴对称的Von-Karman动量方程，得到附面层形状因子H的值和动量厚度θ的值；

式中：x-喷管沿轴线方向的距离，以喉道处为原点；

y-喷管垂直于轴线的距离，以喉道处为原点；

M_e-喷管设计马赫数；

C_f-摩擦系数；

θ_f-气流偏转角；

Ⅲ.采用动量厚度加权法求解位移厚度，动量厚度加权法的加权公式为；

其中，H为附面层形状因子，δ^*为位移厚度，k为加权系数，θ为动量厚度；其中需要预估动量厚度加权系数k，将位移厚度加到无粘型面上，求得物理型面；

IV.利用NS方程求解喷管内的流动，并分析流场的品质；

Ⅴ.当流场的品质达不到使用要求，则修改预估的动量厚度加权系数k值，并重复步骤Ⅲ进行迭代计算，直到流场的品质达到使用要求。

2.根据权利要求1所述的一种风洞高马赫数低雷诺数轴对称型面喷管设计方法，其特征在于：所述特征线法是通过已知两点所发出的特征线相交于第三点，第三点的参数通过已知两点的参数差分获取，一般形式如下：

左已知点P₁(x₁,y₁)，右已知点P₂(x₂,y₂)，经过P₁的左特征线和经过P₂的右特征线交于P₃(x₃,y₃)，则P₃点的参数通过如下公式计算：

式中：

θ-气流偏转角；

μ-气体膨胀角；

W-速度系数；

上式中，“13”表示P₁、P₃点的平均值，“23”表示P₂、P₃点的平均值。

3.根据权利要求1所述的一种风洞高马赫数低雷诺数轴对称型面喷管设计方法，其特征在于：轴对称的Von-Karman动量方程通过格式变换，利用不可压缩流的特性进行求解，以得到附面层形状因子H的值和动量厚度θ的值。

4.根据权利要求1所述的一种风洞高马赫数低雷诺数轴对称型面喷管设计方法，其特征在于：所述加权系数k的取值范围在0～1之间。

5.根据权利要求1所述的一种风洞高马赫数低雷诺数轴对称型面喷管设计方法，其特征在于：采用NS方程对喷管内部的流动进行求解，选用气体模型的方法如下：

当总温≤800K时，试验气体为理想气体，采用量热完全气体模型；

当总温介于800K～2000K时，需要考虑气体热力学性质的变化，采用热完全气体模型；

当总温≥2000K时，需要考虑气体的化学反应，采用平衡化学反应气体模型。