[发明专利]融合低速翼型的冯卡门乘波体设计方法

说明书

本发明提供一种融合低速翼型的冯卡门乘波体设计方法，其乘波体下表面采用基于绕尖头冯卡门曲线回转体基准流场进行设计，得到冯卡门乘波面，乘波体上表面采用低速翼型上型线进行设计，得到融合低速翼型的上表面。在相同的亚声速来流条件下，具有融合低速翼型上表面的冯卡门乘波体相较于具有自由流上表面的冯卡门乘波体，前者的上表面负压区压力比后者的更小，与此同时，两者下表面压力基本相同，从而使得前者的上、下表面压力差大于后者的，进而使得前者的“升阻比”比后者的更大，即前者比后者具有更优良的低速升阻比性能。本发明提高了冯卡门乘波体低速升阻比性能，更有利于该类乘波体应用于宽速域飞行器设计。

技术领域

本发明涉及高超声速飞行器气动外形设计技术领域，具体的涉及一种融合低速翼型的冯卡门乘波体设计方法。

背景技术

高超声速飞行器是指飞行马赫数大于5、以吸气式发动机或其组合发动机为主要动力或者无动力、能在大气层和跨大气层中远程飞行的飞行器，其应用形式包括高超声速巡航导弹、高超声速滑翔飞行器、高超声速有人/无人飞机、空天飞机和高超声速宽速域飞行器等多种飞行器。

高超声速飞行器气动外形主要有轴对称构型、升力体构型和乘波体构型三大类，其中，乘波体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，从而使得乘波体成为高超声速飞行器的一种理想构型。

公开日为2014年12月10日，公开号为104192302A的发明专利，公开了一种基于绕尖头冯卡门曲线回转体基准流场的乘波体设计方法，其基本设计步骤是：首先将冯卡门曲线回转体母线修型为尖头冯卡门曲线回转体母线，设计尖头冯卡门曲线回转体；然后求解绕零攻角尖头冯卡门曲线回转体的超声速轴对称基准流场；最后在绕零攻角尖头冯卡门曲线回转体的超声速轴对称基准流场内进行流线追踪，生成乘波体气动外形。为了后文叙述方便，公开日为2014年12月10日，公开号为104192302A的发明专利中公开的基于绕尖头冯卡门曲线回转体基准流场的乘波体设计方法可以简称为原始冯卡门乘波体设计方法。如图1和2所示，前缘线1和前缘线在底部投影曲线2组成的平面作为原始冯卡门乘波体的上表面，即该乘波体的上表面是自由流面。由于原始冯卡门乘波体的上表面是自由流面，因此导致原始冯卡门乘波体存在一个明显缺陷，其在高超声速飞行条件下具有较高升阻比性能，但其在亚声速低速飞行阶段升阻比性能较低，这限制了原始冯卡门乘波体设计方法应用于宽速域飞行器设计时的飞行器低速飞行性能。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种融合低速翼型的冯卡门乘波体设计方法，利用本发明提供的方法能够提高原始冯卡门乘波体在低速飞行时的升阻比性能。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是：

本发明提供一种融合低速翼型的冯卡门乘波体设计方法，包括以下步骤：

步骤S1、将冯卡门曲线回转体母线修型为尖头冯卡门曲线回转体母线，由尖头冯卡门曲线回转体母线确定生成尖头冯卡门曲线回转体。

给定冯卡门曲线回转体的长度和底部半径，利用公式(1)确定冯卡门曲线回转体母线的外形，即冯卡门曲线回转体母线在圆柱坐标系的轴向坐标轴x上的坐标值和径向坐标轴r上的坐标值，其中，圆柱坐标系的轴向坐标轴x为尖头冯卡门曲线回转体的回转轴线，冯卡门曲线回转体母线起始点在圆柱坐标系的轴向坐标轴x上，冯卡门曲线回转体母线末端点在冯卡门曲线回转体的底部横截面上。

其中，x为冯卡门曲线回转体母线在圆柱坐标系的轴向坐标轴中的坐标值，r为冯卡门曲线回转体母线在圆柱坐标系的径向坐标轴中的坐标值，L为冯卡门曲线回转体的长度，R为冯卡门曲线回转体的底部半径。