[发明专利]一种采用空气介质模拟发动机燃气介质喷流气动干扰效应的喷管出口参数匹配方法

权利要求书

1.一种采用空气介质模拟发动机燃气介质喷流气动干扰效应的喷管出口参数匹配方法，其特征在于：

S1:根据喷管出口面积和喉道面积比关系，估算出燃气喷流时的喷管出口马赫数，结合喷管轴向长度，计算出喷管出口区域的附面层厚度，作为喷管出口面积的修正量；

S2：根据喷管几何尺寸和发动机工作后喷流燃气的性质，计算得到真实燃气喷流时的喷管出口的动量和喷管出口的静压、静温，利用冷热喷流模拟变换的相似准则，在关键流动参数一致的情况下，获取采用空气介质冷喷流模拟燃气介质喷流时喷管出口的马赫数、静压，所述关键流动参数包括喷管出口面积、静压和动量；

S3：当喷管处于完全膨胀工作状态，选取喉道处为气流膨胀过程的起始点，利用普朗特-迈耶膨胀波关系式，建立气流偏折角度与马赫数间的数学关系，基于真实喷管内型面和喷管出口膨胀角度，计算得到真实燃气介质喷流时喷管出口气流的膨胀角度；

S4：将空气介质冷喷流模拟采用的喷管用锥形喷管进行简化，通过修改喷管内型面和喷管出口的几何半角，使得空气介质冷喷流模拟时的喷管出口气流膨胀角度与真实喷管燃气介质喷流时的膨胀角度相一致；

S5：对修改后的空气介质冷喷流模拟采用的锥形喷管，在保证喷管出口几何面积一致的情况下，将S1中计算得到的喷管出口边界层进行修正，利用一维等熵流关系式进行变换，计算得到变换后的新喉道的几何尺寸和截面上的参数；

S6：基于S4中修改后的锥形喷管内型面和S5中变换得到的新喉道或与喷管出口平行的任意截面几何参数和流动参数，开展空气介质冷喷流干扰效应数值模拟仿真，获得喷流干扰效应对飞行器气动特性影响量。

2.根据权利要求1所述的一种采用空气介质模拟发动机燃气介质喷流气动干扰效应的喷管出口参数匹配方法，其特征在于根据所述气流偏折角度与马赫数间的数学关系建立喷管出口气流膨胀角度与马赫数间的数学关系：

其中：δ为气流偏转角度，γ为气流比热比，M为膨胀结束位置马赫数。

3.根据权利要求2所述的一种采用空气介质模拟发动机燃气介质喷流气动干扰效应的喷管出口参数匹配方法，其特征在于：当喷流介质为燃气时，气流从喉道参数膨胀到喷管出口参数时，确定气流膨胀角根据飞行器飞行环境下的压力条件，确定燃气介质膨胀到环境压力时的马赫数，得到燃气从喉道参数膨胀到无穷远来流条件时对应的膨胀角得到气流偏转角

4.根据权利要求1或2所述的一种采用空气介质模拟发动机燃气介质喷流气动干扰效应的喷管出口参数匹配方法，其特征在于：在S4中根据在S2中获取到的空气介质冷喷流出口压力和马赫数，当喷流介质为空气时，利用喷管出口气流膨胀角度与马赫数间的数学关系获取空气介质冷喷流模拟时喷管出口对应的膨胀角度△δ_air，以冷热喷流模拟时的喷管出口气流膨胀角度为相似参数，通过：获取采用空气介质冷喷流模拟时喷管出口几何半角为燃气介质喷流时对应的喷管出口几何半角。

5.根据权利要求4所述的一种采用空气介质模拟发动机燃气介质喷流气动干扰效应的喷管出口参数匹配方法，其特征在于：在S4中喷管出口几何半角是基于空气介质冷喷流模拟时喷管出口几何半角，新的锥形喷管生成时喷管内几何型面光滑过渡，面积逐渐增大，顺着气流方向无逆压梯度产生，喷流内流动无分离。

6.根据权利要求5所述的一种采用空气介质模拟发动机燃气介质喷流气动干扰效应的喷管出口参数匹配方法，其特征在于：新的喉道截面与喷管出口平面相平行，采用边界层修正后无粘区域进行一维等熵流计算，喷管吼道的尺寸为喷管几何尺寸与边界层厚度之差。