[发明专利]一种基于气体密度变量搜索的乘波体设计方法及介质

说明书

一种基于气体密度变量搜索的乘波体设计方法，通过对激波生成体的设计来调节激波流场，在空间流场的每一个站位点沿法向方向进行密度梯度搜索，寻找密度梯度的最大值的网格点，将空间网格进行压缩，使得最外层网格落在密度梯度最大网格点处；对空间最外层网格面采用Akima样条插值法进行光顺；根据目标飞行器的长宽比约束对网格面进行切割得到乘波面前缘，采用流线追踪法获得乘波面。本发明与乘波体正设计方法相比具有可以通过调节激波生成体的形状来改变激波外形，能够突破升阻比的限制；此外空间流场计算采用激波捕捉法，相比于激波装配法具有收敛快、鲁棒性强的优势。

技术领域

本发明涉及一种基于气体密度变量搜索的乘波体设计方法及介质，属于飞行器气动布局设计领域。

背景技术

先进气动布局是高超声速飞行器发展的核心技术之一，乘波体是一种典型的高超声速气动构型，其显著特点是在设计状态激波完全附着于整个飞行器前缘。迎风面激波后压力快速增长，从而产生较高的升阻比。升阻比是反应高超声速飞行器气动特性非常重要的一个参数。直接关系到飞行器能够达到的航程及横向机动能力等关键战技术指标。乘波体设计是当前国际上高超声速飞行器气动布局研究的重点和热点之一。

目前乘波体设计主要有两类方法：正设计和反设计方法。正设计方法是给定基本流场，通过流动捕获管与激波的交线确定乘波体前缘，然后进行流线追踪获得成波构型。反设计方法是从激波形状出发反向迭代求解流场，再根据流线追踪得到乘波外形，如密切锥方法。正设计方法比如锥导乘波体等是基于拟二维流场，流场模拟准确，但是激波形状相对固定，存在升阻比极限。反设计方法虽然可以指定激波形状，扩大设计空间，但是流场忽略了横向流动，适用范围小，难以精确保证乘波性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于气体密度变量搜索的乘波体设计方法，通过对激波生成体的设计来调节激波流场，在空间流场的每一个站位点沿法向方向进行密度梯度搜索，寻找密度梯度的最大值的网格点，将空间网格进行压缩，使得最外层网格落在密度梯度最大网格点处；对空间最外层网格面采用Akima样条插值法进行光顺；根据目标飞行器的长宽比约束对网格面进行切割得到乘波面前缘，采用流线追踪法获得乘波面。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种基于气体密度变量搜索的乘波体设计方法，包括如下步骤：

步骤一、建立激波生成体，将激波生成体的计算域划分为空间网格；

步骤二、采用激波捕捉法对步骤一中的激波生成体的计算域进行流场计算，获得流场稳定解；所述流场稳定解包括所有空间网格的空气密度；

步骤三、在激波生成体的计算域的任一流向剖面内，根据步骤二中所述的所有空间网格的空气密度，获得任一周向的空气密度梯度最大的空间网格，计算该周向上空气密度梯度最大的空间网格到激波生成体的壁面的距离作为第一距离，计算激波生成体的壁面与该周向上所有空间网格的最大距离作为第二距离，然后计算第一距离与第二距离的比值；将该周向上所有空间网格到激波生成体的壁面的距离均乘以所述比值，获得激波生成体的激波面；

步骤四、根据乘波体的长宽比，沿激波面的流向迎风面选取一个切割位置，对激波面进行切割，得到切割线，调整切割位置，直到切割线的长度和宽度满足乘波体的长宽比要求；

步骤五、根据乘波体的装填比，获得乘波体的背风面。

上述基于气体密度变量搜索的乘波体设计方法，步骤一中所述的空间网格为单块结构网格。

上述基于气体密度变量搜索的乘波体设计方法，在所述步骤三和步骤四之间，对激波面采用采用Akima样条插值法进行光顺。

上述基于气体密度变量搜索的乘波体设计方法，将步骤四中的切割线作为乘波体的前缘线，步骤五中获得乘波体的背风面后，根据所述前缘线和乘波体的工艺要求对乘波体的前缘进行钝化。