[发明专利]一种基于稳定性方法的横流转捩实验数据拓展技术

权利要求书

1.一种基于稳定性方法的横流转捩实验数据拓展技术，其特征在于，包括以下步骤：

S1.获取少量实验数据：获取少量的风洞实验与飞行试验数据，包括实验模型外形及其特征参数、来流马赫数Ma、来流雷诺数Re与表面粗糙度h；

S2.实验数据层流解再现：根据实验模型外形绘制计算网格，设定边界条件，利用流场解算器展开层流计算，得到层流解；

S3.采用eN方法获取各扰动频率下的N值分布：采用基于线性稳定性理论的转捩预测eN方法，对步骤S2获得的层流解进行稳定性分析，获得各频率扰动幅值增长率N值分布；

S4.特定频率下的临界转捩N值：根据步骤S1中由实验数据已知的转捩位置，在对应状态的稳定性分析结果中获取转捩位置处0频率对应的特定N值，称为临界N值，即Ncrit；

S5.延拓状态层流解：根据已知实验数据来流状态，对其中部分来流参数或物性参数予以固定，再对另一部分参数在Ncrit适用的范围内进行调整；以改变后的来流参数为输入条件，采用层流计算获得拓展的实验状态对应的流场层流解；

S6.延拓状态N值分布：对步骤S5中计算得到的拓展状态流场层流解，进行与步骤S3相同的稳定性分析过程，获得延拓的实验状态下的飞行器物面全表面N值分布；

S7.延拓状态的转捩位置：采用步骤S4获得的特定实验数据状态点的Ncrit值，在步骤S6中状态中相近的延拓状态点作N＝Ncrit的等值线，获得理论解的转捩阵面空间位置；

S8.实验数据延拓：获得大量理论解转捩位置，实现对实验数据的延拓。

2.根据权利要求1所述的一种基于稳定性方法的横流转捩实验数据拓展技术，其特征在于，步骤S2中，在无扰动、无体积力与外部热源的情况下，层流流动控制方程的微分形式表示如下：

其中ρ,u,v,w,e分别表示密度、x方向速度、y方向速度、z方向速度和单位质量气体总能量。

3.根据权利要求2所述的一种基于稳定性方法的横流转捩实验数据拓展技术，其特征在于，步骤S3包括以下子步骤：

S31.在局部平行流假设下求解Orr-Sommerfeld方程，该方程是由N-S方程推导得出，针对粘性流动建立的研究平行流稳定性的小扰动方程：

其中α,β,ω分别表示x向波数、z向波数和频率；

S32.将上述方程在形式上简化为一阶形式，令则上述方程可简化为将矩阵A分解为并且有合并为：

S33.通过求解广义特征值问题，定义x位置放大因子N＝ln[A(x)/A(x₀)]，是在给定频率下，从失稳点到流向某位置x的扰动幅值放大因子，以此获得实验状态下物体全表面的N值分布，所述N值在特定实验状态点及状态空间中该点附近区域，能够用于判断转捩阵面。

4.根据权利要求1所述的一种基于稳定性方法的横流转捩实验数据拓展技术，其特征在于，步骤S2中，采用低网格量的计算网格和低时空精度的数值格式来计算层流解，获得流场空间区域的相关信息，包括密度、速度、温度与压力，实现对实验状态的层流解再现。

5.根据权利要求1所述的一种基于稳定性方法的横流转捩实验数据拓展技术，其特征在于，步骤S2中，所述流场解算器包括Chant2.0数值计算平台。

6.根据权利要求1所述的一种基于稳定性方法的横流转捩实验数据拓展技术，其特征在于，步骤S5中，所述已知实验数据来流状态包括：来流雷诺数Re、来流马赫数Ma、攻角AoA和表面粗糙度h。