[发明专利]基于超声速剪切层模化的多通道最大推力组合喷管设计方法及超声速剪切层模化算法

权利要求书

1.一种超声速剪切层模化算法，其特征在于，在通道Ⅰ出口初值面AB和通道Ⅱ出口初值面B′O形成上游超声速气流，并在通道Ⅰ的下游通道Ⅲ和通道Ⅱ的下游通道Ⅳ相互作用下生成剪切层BMM′B′；所述超声速剪切层模化算法采用离散流场中已知的1、2、3、4点的气动参数为输入条件，迭代求解下游剪切层点5、6的相关气动参数；具体地，

点1、3分布于下游通道Ⅲ中，点2、4分布于下游通道Ⅳ中，且2、3两点为上一个步长中已经使用该算法求解得到的剪切层点；AB、B′O及气流交汇点B、B′构成了算法的初值面；模化剪切层为BMM′B′，其中BM、B′M′为空间位置相重合、但气流参数分别由通道Ⅲ、通道Ⅳ所决定；在BMM′B′上，空间位置相同的两点气流压力和气流角度均相同，采用气流压力和气流角度为迭代变量，基于离散流场中的已知点的气动参数，采用预估—校正的方法不断迭代，直到第n+1次循环与第n次循环所求解的迭代变量间的相对误差小于预设阈值，求解完成，迭代变量收敛。

2.根据权利要求1所述的一种超声速剪切层模化算法，其特征在于，所述迭代过程具体包括：

首先根据已知的1、3两点气动参数求解得到5、6两点的空间坐标、气流角度的预估值，分别表示为[x,y,θ]₅和[x,y,θ]₆；然后根据2、4两点的气动参数求解获得5、6两点的气流压力预估值，分别表示为p5与p6；基于上述预估值，输入下一循环中1、2、3、4点的气动参数进行迭代，重复校正计算，直至5、6两点气动参数满足收敛条件。

3.采用权利要求1-2中任一项所述超声速剪切层模化算法的多通道最大推力组合喷管设计方法，其特征在于，包括以初值面AB、B′O为分界的上游通道Ⅰ、通道Ⅱ的反设计求解、下游通道Ⅲ和通道Ⅳ的求解、剪切层BMM′B′模化求解、尾喷管壁面AE坐标求解、最大推力喷管控制点G求解和最大推力喷管控制面GE求解；具体地，

步骤L1、使用基于有旋特征线法的反设计对上游通道Ⅰ、通道Ⅱ进行型面设计；以AB、B′O为计算初值面，通过有旋特征线法中的内点与轴对称点单元过程反向计算分别得到区域Ⅰ_a，Ⅱ_a与点K，K₂，在进口HI、H₂I₂沿流向计算求解区域Ⅰ_b，Ⅱ_b与对应的点K₂与K₂′，直至边界点K′与K，点K₂′与K₂的参数完全一致时，区域Ⅰ_b，Ⅱ_b求解完成；面RK与R′K′，面R₂K₂与R₂′K₂′为空间上重合、参数完全相同的两组面，通过将区域Ⅰ_b，Ⅱ_b向右平移至RK与R′K′，面R₂K₂与R₂′K₂′重合后完成流场装配参数匹配进行流场装配，完成上游通道Ⅰ、通道Ⅱ的型面HA，H₂B′设计；

步骤L2、以初值线AB、B′O为界，流场整体从上游Ⅲ_a向下Ⅲ_b游推进，分别从AB、B′O开始对下游通道Ⅲ，通道Ⅳ由外至内进行计算，流场计算使用特征线法中的内点、壁面点单元过程，并在交汇处应用所述超声速剪切层模化算法求解获得剪切层BMM′B′；以给定的喷管几何约束和气动约束为目标，即点E坐标或E点无粘气动参数，根据最大推力理论求解控制点G与对应的控制面方程GE，在区域Ⅲ_b内根据流量守恒求解变向型线AE。