[发明专利]基于反设计壁面点的变马赫数“串联”宽速域乘波飞行器设计方法

说明书

本发明涉及一种基于反设计壁面点的变马赫数“串联”宽速域乘波飞行器设计方法，包括：S1.给定设计马赫数变化规律并求解自由来流设计马赫数；S2.利用有旋特征线方法求解基于反设计壁面点的变马赫数“串联”超声速轴对称基准流场；S3.在所述变马赫数“串联”超声速轴对称基准流场内进行流线追踪，生成变马赫数“串联”宽速域乘波飞行器的气动外形。本发明可有效提高变马赫数宽速域乘波飞行器构型设计的自由度，丰富其设计方案。

技术领域

本发明涉及高超声速飞行器的气动外形设计技术领域，尤其涉及一种基于反设计壁面点的变马赫数“串联”宽速域乘波飞行器设计方法。

背景技术

随着航空航天技术的高度融合发展，设计具有大空域宽速域任务剖面特点飞行器的需求越来越迫切。其中，以空天飞行器的设计最为典型。空天飞行器的概念设想是，其像常规飞机一样从机场起飞，以高超声速在大气层边缘飞行，再以常规飞机着陆的方式返回机场。空天飞行器做高超声速飞行时，它的飞行速度接近第一宇宙速度，在火箭发动机的推动下，可以灵活地进入太空并从太空返回大气层，可以重复使用。

空天飞行器需同时具有高机动性与高加速性，要求其在全速域范围内均具有较高的升阻比。在完成天地往返的飞行过程中，空天飞行器需跨越亚/跨/超/高超声速，历经稠密与稀薄大气，面临复杂且急剧变化的飞行环境，飞行器绕流特性变化大，同一外形在不同速域的气动特性差异明显，同样的高升阻比等性能需求将导致相互矛盾的外形方案。

另一方面，乘波构型利用激波压缩原理(乘波原理)实现了在高超声速飞行条件下高升阻比的气动要求，从而使得乘波构型成为高超声速飞行器的一种理想构型。

因此，以乘波构型设计为基础，充分利用其在高超声速飞行条件下的气动优势，开展宽速域/全速域飞行器构型设计是满足飞行器发展需求的一条重要的发展途径。为了后文叙述方便，将利用乘波设计理论所设计的宽速域/全速域飞行器设计方法简称为宽速域乘波飞行器设计方法。

当前，宽速域乘波飞行器设计方法主要包括：组合拼接式、变马赫数式、涡升力乘波式、两级/多级乘波式以及变形乘波式等。其中，在变马赫数宽速域乘波飞行器构型设计方法的研究中，通过将变马赫数设计思想与锥导乘波设计理论、吻切锥设计理论以及吻切流场设计理论相结合，一批具体的变马赫数宽速域乘波飞行器设计方法被提出。例如：公开号为CN106043737A的中国专利，公开了一种“等物面-变马赫数”宽速域乘波飞行器设计方法，公开号为CN106043738A的中国专利，公开了一种“等激波流场-变马赫数”宽速域乘波飞行器设计方法，公开号为CN107672821A的中国专利，公开了一种基于吻切锥理论的变马赫数“并联”宽速域乘波飞行器设计方法，公开号为CN109279044A的中国专利，公开了一种变马赫数吻切流场乘波体的气动外形设计方法等。通过了解上述几种宽速域乘波飞行器设计方法可以发现，在这些设计方法中，所用到的变马赫数设计均是“并联”变马赫数设计思维，可见，现有技术方案中针对宽速域乘波飞行器设计的设计方案较为单一，灵活性不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于反设计壁面点的变马赫数“串联”宽速域乘波飞行器设计方法。

为实现上述发明目的，本发明提供一种基于反设计壁面点的变马赫数“串联”宽速域乘波飞行器设计方法，包括：

S1.给定设计马赫数变化规律并求解自由来流设计马赫数；

S2.利用有旋特征线方法求解基于反设计壁面点的变马赫数“串联”超声速轴对称基准流场；

S3.在所述变马赫数“串联”超声速轴对称基准流场内进行流线追踪，生成变马赫数“串联”宽速域乘波飞行器的气动外形。

根据本发明的一个方面，步骤S1中，包括：

S11.构建关于所述马赫数变化规律的公式，并基于所述公式对所述马赫数变化规律进行设计，其表示为：