[发明专利]用于高超声速边界层转捩研究的标模气动布局及设计方法

权利要求书

1.一种用于高超声速边界层转捩研究的标模气动布局，其特征在于：包括头部椭球头及锥身，所述头部椭球头与所述锥身光滑过渡；所述锥身的底面型线上，与背风面对应的一段为上半截型线，所述上半截型线为椭圆曲线与CST曲线的线性组合叠加，与飞行器底部对应的一段为下半截型线，所述下半截型线为椭圆曲线；其中：

(1)所述头部椭球头的中轴长度等于短轴长度，所述头部椭球头上的点的坐标表达式为：

其中，x_H、y_H、z_H为直角坐标系下，头部椭球头上的点的坐标；

θ为点的圆心角；

x_h为给定截面的x轴坐标，a为头部椭球头的短轴长度，b为头部椭球头的长轴长度；

(2)所述下半截型线的椭圆曲线的表达式为：

其中，W为飞行器的宽度，L为飞行器的长度，Z_x2为下半截型线的高度，x_AB、y_AB、z_AB为空间直角坐标系下，所述下半截型线上的点的坐标。

2.根据权利要求1所述的用于高超声速边界层转捩研究的标模气动布局，其特征在于，所述上半截型线的椭圆曲线部分的表达式为：

其中，Z_x1为上半截型线的高度，x_ACB2、y_ACB2、z_ACB2为空间直角坐标系下，所述上半截型线的椭圆曲线部分的点的坐标；

CST曲线的表达式为：

其中，n为(0,100]之间的正整数；x_ACB1、z_ACB1、y_ACB1为空间直角坐标系下，所述上半截型线的CST曲线部分上点的坐标；

所述椭圆曲线部分与所述CST曲线部分按照下式叠加：

z_cst＝α·z_ACB1+(1-α)·z_ACB2

其中，α用于调节所述上半截型线中，椭圆曲线和CST曲线的比例；z_cst为叠加得到的曲线上的点的z轴坐标。

3.根据权利要求2所述的用于高超声速边界层转捩研究的标模气动布局，其特征在于，α的取值满足：

α＝1-Z_x2/Z_x1

则所述上半截型线的表达式为：

其中，Z_x1为上半截型线的高度，Z_x2为下半截型线的高度；

x_ACB、y_ACB、z_ACB为直角坐标系下，上半截型线上的点的坐标。

4.根据权利要求3所述的用于高超声速边界层转捩研究的标模气动布局，其特征在于，以一个圆周角为常数Ф的平面与所述头部椭球头相交，得到椭圆弧，所述平面与所述锥身底面型线相交于一点D，过点D做椭圆弧的切线，得到切点E，直线ED即为锥身与所述平面的交线，所述锥身的坐标点表达式为：

其中，k为直线ED的斜率，x_E为E点在x轴上的坐标，ρ_E为E点到x轴的距离；

柱坐标系下，点E的坐标表达式为：

其中，γ满足以下等式：

其中，ρ_D为D点到x轴的距离，β满足：

5.一种用于高超声速边界层转捩研究的标模气动布局的设计方法，其特征在于,包括如下步骤：

步骤一、根据飞行器的尺寸确定飞行器的头部椭球头表达式；

步骤二、根据飞行器的尺寸确定飞行器的锥身底面型线表达式；

步骤三、以步骤一得到的头部椭球头表达式以及步骤二得到的锥身底面型线表达式为基础，得到锥身的表达式。