[发明专利]一种基于双特征线的超声速空间曲面推进求解方法

说明书

本发明公开了一种基于双特征线的超声速空间曲面推进求解方法包括设置初值面；预估解点流动参数；预设解点位置；通过双特征线特征方程，确定四条双特征线；曲面方程及曲面上流动参数的插值方程；结合直线方程的点向式，解出四条双特征线与初值面的交点；确定交点的流动参数；采用欧拉预估校正法求解消除了解点交叉导数的相容方程组，确定解点的流动参数；不断迭代直至解点的流动参数收敛；用流线相切的条件代替四条双特征线之一的相容性方程，实现内点单元和边界单元的转换；重复步骤完成整个步进面的求解，用该步进面代替初值面，并开始下一步进面的求解，直至完成整个流场的推进求解。本发明能够沿流线方向逐步快速求解全三维超声速无粘流场。

技术领域

本发明涉及流场计算技术领域，具体而言，涉及一种基于双特征线的超声速空间曲面推进求解方法。

背景技术

高超声速技术一般是指飞行马赫数大于5，以吸气式发动机或者其组合循环发动机为主要动力，能在大气层及跨大气层中实现高超声速远程飞行的技术。当前吸气式冲压发动机流道设计主要采用矩形截面的构型方案，但是矩形截面构型也具许多不足，例如：不利于防热结构设计；不利于燃料与空气来流的充分混合；润湿面积大，产生的摩阻也较大。相比之下，采用内转式进气道和圆截面流道有利于提高冲压发动机的性能，圆形和椭圆形等流道具有结构和防热等方面的优势，并广泛应用于风洞喷管、扩压器、发动机燃烧室等部件中。这类流道通常需要实现三维空间复杂曲面的均匀过渡。

目前广泛用于高超声速飞行器进气道/尾喷管设计的方法大多采用二维特征线方法+密切思想，或者采用流线追踪+曲面融合。然而流线追踪技术受限于基准流场，相应的曲面融合容易产生流向涡、激波分离等问题。密切思想难以直接应用于强三维流场的精细组织。因此，三维特征线方法的应用，有望为三维超声速型面设计提供一种新的设计思想。而其中的重点和难点之一是基于三维特征线的流场求解。

根据Euler方程的性质，无粘超声速流场的控制方程为双曲型偏微分方程，可进行空间推进求解。因此发展了基于双特征线的超声速空间推进求解方法，为三维超声速型面设计奠定方法基础，同时发展了空间曲面推进求解方法，可进一步增加曲面设计的灵活性，提升其工程化应用潜力。

发明内容

针对上述技术问题，本发明旨在提供一种基于双特征线的超声速空间曲面推进求解方法。

本发明提供的一种基于双特征线的超声速空间曲面推进求解方法，包括如下步骤：

(1)设置初值面并采用结构网格进行离散，并设置边界条件类型；

(2)对于初值面上的离散点，拓展其插值模板，该插值模板由该离散点和其附近的8个离散点组成；

(3)预估解点的流动参数；

(4)在满足CFL条件下，通过流线的特征方程和步进长度，预先设定解点的位置；

(5)通过双特征线的特征方程，确定四条双特征线射线；

(6)在初值面上，对当前离散点及其附近的8个离散点，通过建立曲面的参数化方法，获得曲面方程及曲面上流动参数的插值方程；

(7)将曲面方程及曲面上流动参数的插值方程，结合直线方程的点向式，解出四条双特征线与初值面的交点；

(8)采用曲面插值方法，确定交点的流动参数；

(9)利用预估的解点的流动参数及交点的流动参数，采用欧拉预估校正方法求解消除了解点交叉导数的相容方程组，确定解点的流动参数；

(10)返回流程(4)，不断迭代直至解点的流动参数收敛；

(11)用流线相切的条件代替四条双特征线之一的相容性方程，实现内点单元和边界单元的转换；