[发明专利]超声速分流流道及其壁面确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及空气动力设计领域，具体而言，涉及一种超声速分流流道及其壁面确定方法。

背景技术

随着现代空气动力学研究的发展，超声速流动的分流技术在实验研究领域发挥了日益重要的作用。超声速分流流道是一种典型的将超声速流场分割成两股或多股超声速气流的部件。被分流的超声速气流很容易产生激波，其影响主要包括两个方面，一是通过激波之后会有总压损失，降低气流的做功能力，二是激波与边界层的相互作用会引起流动分离，甚至堵塞整个流道。

现有的分流流道主要是用于一般流体流动的三通或多通，由于未考虑超声速气体流动的特点，不可避免地会出现激波，导致总压损失、气流畸变。

发明内容

本发明旨在提供一种超声速分流流道及其壁面确定方法，能够将一股超声速气流分隔成两股或多股气流，并且不产生激波。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种超声速分流流道的壁面确定方法，包括：根据超声速分流流道设计结构的几何约束确定超声速分流流道的入口边界和多个出口边界的位置和流动方向；根据超声速分流流道的设计结构的几何约束，利用特征线法，确定第一壁面曲线；根据超声速分流流道的设计结构的几何约束，利用特征线法，确定与第一壁面曲线相连接的第二壁面曲线和与该第二壁面曲线相对的第三壁面曲线；根据超声速分流流道的设计结构的几何约束，利用二阶连续曲线和特征线法确定超声速分流流道的分流道的壁面曲线；根据第一壁面曲线和第二壁面曲线确定超声速分流流道的总流道的下壁面曲线，根据超声速分流流道的总流道的下壁面曲线确定超声速分流流道的总流道的下壁面；根据第三壁面曲线确定超声速分流流道的总流道的上壁面；根据超声速分流流道的分流道的壁面曲线，确定超声速分流流道的分流道的壁面。

进一步地，出口边界为两个，根据超声速分流流道的设计结构的几何约束，利用特征线法，确定第一壁面曲线的步骤包括：根据超声速分流流道的设计结构的几何约束，将入口边界分为两段，两段入口边界的长度的比值等于与该段入口边界对应的出口边界的流量的比值。

进一步地，将入口边界分为多段之后，根据超声速分流流道的设计结构的几何约束，利用特征线法，确定第一壁面曲线的步骤还包括：根据两段入口边界的流场参数分布，利用特征线法，确定入口影响域，其中，两个影响域的公共特征线垂直于入口边界且过对应的分段点。

进一步地，确定入口影响域之后，根据超声速分流流道的设计结构的几何约束，利用特征线法，确定第一壁面曲线的步骤还包括：分别确定两个影响域的远离入口边界的顶点，再根据所确定根据两个顶点之间的流场参数分布，利用特征线法，确定第一壁面曲线。

进一步地，确定第一壁面曲线之后，根据超声速分流流道的设计结构的设计要求，利用特征线法，确定与第一壁面曲线相连接的第二壁面曲线和与该地二壁面曲线相对的第三壁面曲线的步骤包括：根据超声速进气道的几何约束，设置过渡段中心流线及其马赫数分布，利用特征线法，确定第二壁面曲线和第三壁面曲线。

进一步地，确定第二壁面曲线和第三壁面曲线之后，根据超声速分流流道的设计结构的几何约束，利用二阶连续曲线和特征线法确定超声速分流流道的分流道的壁面曲线的步骤包括：根据超声速进气道设计的几何约束，利用二阶连续曲线，确定超声速分流流道的分流道的第一分流道内壁面曲线和第二分流道内壁面曲线，其中，第一分流道内壁曲线和第二分流道内壁面曲线均与过渡中线流线相交于远离入口边界的一个端点处。

进一步地，确定第一分流道内壁曲线和第二分流道内壁面曲线之后，根据超声速分流流道的设计结构的几何约束，利用二阶连续曲线和特征线法确定超声速分流流道的分流道的壁面曲线的步骤还包括：根据超声速分流流道的分流道的第一分流道内壁曲线和第二分流道内壁面曲线及其马赫数分布，利用特征线法，确定超声速分流流道的分流道的与第一分流道内壁曲线相对应的第一分流道外壁曲线和与第二分流道内壁面曲线相对应的第二分流道外壁面曲线。

进一步地，特征线法包括预估步和校正步，该校正步根据预估步的结果进行校正。

根据本发明的另一方面，提供了一种超声分流流道，超声速分流流道包括位于上游的总流道和位于下游的两个分流道，总流道的出口与两个分流道的入口相连通，总流道由上壁面曲线和下壁面曲线确定；分流道包括第一分流道和第二分流道，第一分流道和第二分流道由第一和第二分流道的内外壁面曲线确定；其中，上壁面曲线和下壁面曲线由超声速分流流道的设计结构的几何约束利用特征线法确定；第一和第二分流道的内外壁面曲线均由超声速分流流道的设计结构的几何约束利用二阶连续曲线和特征线法确定。