[发明专利]一种基于前缘表面扰流的超声速飞行器武器舱降噪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于前缘表面扰流的超声速飞行器武器舱降噪方法，用于降低内埋武器舱飞行器超声速飞行时武器舱内的剧烈噪声及自持压力振荡。

背景技术

武器内埋是超声速飞行器武器携带方式的必然发展趋势，图1为战斗机的内埋武器舱及武器挂载示意图，图中描述了舱门开启情形下武器舱的结构组成。飞行器超声速飞行时，打开武器舱后，如示意图2(a)，高速气流流过武器舱表面与舱内空气混合形成剪切层，剪切层涡列与武器舱后缘作用形成向前传播的反射压力，该反射压力经舱内传播至武器舱前缘初始剪切层位置，并诱导剪切层涡卷起，当剪切层涡卷频率与反射压力频率一致后，即导致声反馈环形成，并引起舱内压力在特征频率下持续振荡。武器舱内的压力振荡不仅会对舱内武器装备、武器挂载点、电子仪器等设备造成损坏，甚至可能威胁到武器投放的安全性。为解决这一问题，国内外投入了较多的研究，并形成了一些成果。如在美国开发的诸多武器舱声反馈抑制系统，基本思想大多是在武器舱前缘表面设置附加装置迫使高速气流偏离武器舱，以避免来流与舱内气体混合形成剪切层及声反馈环。再如在我国出现的武器舱等离子作动器系统，该系统利用等离子作动器感生流动使得经过武器舱的剪切层偏离舱口，达到降低舱内的压力振荡的目的。这些技术大多以迫使剪切层偏离武器舱为原理，所采用的装置系统比较复杂，不仅对飞行器系统的设计提出额外要求，而且这些复杂装置的运行也会给飞行器执行任务时的可靠性带来影响。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于前缘表面扰流的超声速飞行器武器舱降噪方法，解决了超声速飞行器在进行超声速飞行时，内埋武器舱打开后舱内压力严重自持振荡的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种基于前缘表面扰流的超声速飞行器武器舱降噪方法，步骤如下：

(1)根据超声速飞行器的飞行工况获得飞行速度ν、来流密度ρ、来流温度T、来流粘性系数μ和武器舱前缘表面边界层厚度δ，通过公式计算基于武器舱前缘表面边界层厚度δ的来流雷诺数Re_δ；

(2)确定基频扰动片：所述基频扰动片呈锯齿状，每个齿形呈等腰三角形，各齿间无间隙均匀排列，基频扰动片的厚度H为武器舱前缘表面边界层厚度δ的15％～50％；基频扰动片的宽度W通过公式计算得到，其中，u为武器舱前缘表面边界层内高度为H位置处的来流速度，ω为扰动频率；

所述基频扰动片上的锯齿宽度D为D＝0.5W～3W。

所述扰动频率ω的具体确定方法为：通过超声速飞行器飞行状态下的飞行速度ν、来流雷诺数Re_δ、来流密度ρ、来流温度T和来流粘性系数μ，采用线性稳定性分析法获得无附加扰动时武器舱剪切层不稳定扰动频率范围，其中最不稳定的频率值即为扰动频率ω。

(3)根据超声速飞行器武器舱的长、深、宽尺寸，计算超声速飞行器的长度与深度之比，当该比值大于4时，将基频扰动片的厚度H减小10～20％；当该比不大于4时，将基频扰动片的厚度H增加10～20％；

(4)将基频扰动片固定在超声速飞行器上以完成超声速飞行器武器舱前缘表面扰流降噪。

所述将基频扰动片固定在超声速飞行器上具体为：基频扰动片固定安装在武器舱的前方，锯齿朝向来流方向，基频扰动片后缘与武器舱前缘之间的距离B满足B＝0～1W且基频扰动片的后缘与武器舱前缘平行。

在基频扰动片和武器舱之间还可以固定安装一个亚谐频扰动片，该亚谐频扰动片的厚度与基频扰动片相同，宽度为基频扰动片宽度的2倍，锯齿宽度为基频扰动片锯齿宽度的2倍，亚谐频扰动片的锯齿也朝向来流方向，亚谐频扰动片的前缘与基频扰动片的后缘之间的距离为1～2W，亚谐频扰动片后缘与武器舱前缘之间的距离为0～1W且亚谐频扰动片的后缘与武器舱前缘平行。

本发明与现有技术相比的优点在于：本方法能够有效降低超声速飞行器在进行超声速飞行时，打开内埋武器舱后，舱内压力严重自持振荡问题。本方法简单、操作方便，功能可靠，并能与各种内埋武器舱的战斗机合理组合。本方法通过对锯齿形状尺寸设计，能保证在武器舱舱门未开启时，避免对飞行器表面边界层扰动，以保证飞行器表面来流保持原流动特征。

附图说明

图1为高性能战斗机内埋武器舱舱门开启示意图；

图2(a)为超声速来流时武器舱内剪切流动与反射压力相互作用示意图；

图2(b)为贴扰动片之后的武器舱内剪切流动与反射压力相互作用示意图

图3为锯齿扰动片与武器舱前缘表面的安置关系及各尺寸示意图