[发明专利]一种弯曲激波压缩流场气流参数的快速确定方法

说明书

本发明公开了一种弯曲激波压缩流场气流参数的快速确定方法，分别独立计算压缩壁面发出的压缩波系与弯曲激波反射的膨胀波系造成的流动参数的变化，在计算过程中，将原流场中的压缩波系简化为汇聚于点S的Prandtl‑Meyer压缩波，将原流场中的膨胀波系简化为经过点S的一道膨胀波，根据简化后的Prandtl‑Meyer压缩波和膨胀波快速确定流场中的压缩壁面参数、弯曲激波形状、波后参数、流场内流线形状、流线上参数以及出口参数。本发明提供的弯曲激波压缩流场气流参数的快速确定方法，计算过程较为简单，计算结果可达到较高的精度，能够用于对流场的计算和分析。

技术领域

本发明涉及一种超声速或高超声速弯曲激波压缩流场气流参数的快速确定方法，属于流场气流参数的确定方法。

背景技术

弯曲激波压缩流场中包含前缘激波和等熵压缩波，两者相互作用还会形成反射波系、滑流间断，反射波系和滑流间断又将继续与下游的压缩波产生相互作用，对壁面附近流动产生影响，因此压缩面发出的左行特征线一般不是直线，特征线上的马赫数、压力等参数并不均匀，给流场分析带来了困难，需要借助特征线法、有限体积法等流场计算方法进行计算，其复杂程度较高、计算耗时较多，不利于流场分析和初步设计中的快速估算。

为了进行快速计算，“Numerical method and results for inviscidsupersonic flow over a compressive ramp”(Emanuel G)、“弯曲激波压缩面设计及试验研究”(居燕)等文献中仍假设弯曲压缩面附近为Prandtl-Meyer流动，直接根据Prandtl-Meyer方程计算压缩面附近参数，在激波附近则按照激波与离散压缩波的相交来计算激波后参数。而事实上弯曲激波上两者相互作用产生反射波系，下游流场不再是简单的Prandtl-Meyer流动，忽略反射波系的计算将有可能产生较大的误差。文献“超声/高超声速非均匀来流下曲面压缩系统研究”(潘瑾)中尝试了基于设计样本的计算数据进行拟合的方法，建立了弯曲激波坐标的估算公式。但是其结果依赖于所采用的型面设计方法，并且建立过程需要大量的计算样本，因此应用不易扩展，而且拟合过程也会带来误差。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种超声速或高超声速弯曲激波压缩流场气流参数的快速确定方法，可以近似计算弯曲激波压缩流场中壁面参数、激波形状、波后参数、流场内流线形状、流线上参数以及出口参数，计算方法简单、快速。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种弯曲激波压缩流场气流参数的快速确定方法，分别独立计算压缩壁面发出的压缩波系与弯曲激波反射的膨胀波系造成的流动参数的变化，在计算过程中，将原流场中的压缩波系简化为汇聚于点S的Prandtl-Meyer压缩波，将原流场中的膨胀波系简化为经过点S的一道膨胀波，根据简化后的Prandtl-Meyer压缩波和膨胀波快速确定流场中的压缩壁面参数、弯曲激波形状、波后参数、流场内流线形状、流线上参数以及出口参数。

设自由来流的马赫数、压力和流动方向角分别为M_∞、p_∞和θ_∞，压缩壁面的前缘点与弯曲激波的前缘点重合，记为点O_start(0,0)，压缩壁面的末端点记为W_end，弯曲激波的末端点记为S_end；压缩壁面的形状为y_w＝f(x_w)，0≤x_w≤L；根据压缩壁面形状计算点O_start位置的流动方向角θ_start，然后根据气体动力学中的斜激波关系计算点O_start位置的马赫数M_start和压力p_start；

对原流场中其他参数采用如下方法确定：