[发明专利]用于高超内转式进气道的非轴对称广义内锥基准流场设计方法

说明书

本发明公开了一种用于高超内转式进气道的非轴对称广义内锥基准流场设计方法，是一种基于空间三维曲面激波的内转式进气道非轴对称广义内锥基准流场设计方法，该方法采用发展的密切轴对称理论，通过对一类特殊轴对称流场的空间叠加组合，可以得到任意非轴对称内锥压缩面形状的基准流场，其三维曲面入射和反射激波形状均可控，各横截面内激波形状与内锥进口形状保持相似，各密切面内入射激波形状相同并准确交于唇口实现乘波，反射激波形状相同并准确交于肩点实现消波。该新型三维广义内锥流场能够拓宽内转式进气道基准流场选取范围，方便内转式进气道与前体机身的一体化融合设计。

技术领域

本发明属于航空航天飞行器高超进排气系统技术领域，具体涉及一种内转式进气道非轴对称广义内锥基准流场设计方法。

背景技术

高超声速进气道是超燃冲压发动机的重要组成部件，主要对来流起到减速增压作用。其中，内转式进气道采用使气流向中心偏转的压缩形式，相比于传统的二元进气道和轴对称进气道，具有流量捕获能力强、压缩效率高等优势，近年来相关研究与应用越来越广泛。

高超声速进气道一般通过流线追踪技术在预先设计好的内锥形基准流场中提取流管得到，无粘情况下的进气道性能完全取决于所用基准流场中该流管内部区域性能，因此基准流场是此类进气道设计过程的关键。大量相关研究集中于内锥形基准流场设计：德国学者Busemann提出的Busemann基准流场及后续各类截短Busemann流场；加拿大学者提出的ICFA流场；Mattews提出的等压力/等楔角基准流场；Barkmeyer提出的逆置等熵喷管基准流场；国内张堃元教授提出的壁面压力/马赫数分布可控基准流场；卫锋提出的可实现隔离段消波的双激波基准流场；乔文友提出的出口截面参数可控基准流场等。

上述基准流场各具特色，但全部采用的是轴对称圆形内锥，具有显著的二维特性，本质上只是对其单一内锥母线样条的优化设计，虽然设计方便却具有一定的局限性。更具一般性的是三维空间中非轴对称广义内锥基准流场，后者同样由内锥压缩面、中心体、入射激波和反射激波等要素构成，但上述各组成部分均为空间三维曲面，因此能够极大拓展内转式进气道的基准流场选取范围，方便复杂构型内转式进气道与前体机身的一体化设计。然而，由于三维流场设计较为繁杂，目前相关研究很少。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于高超内转式进气道的非轴对称广义内锥基准流场设计方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种非轴对称广义内锥基准流场设计方法，所述方法包括两部分内容：第一，发展的适用于多道激波的密切轴对称理论，其特征在于：该三维空间流场具有一道入射激波及其反射激波，在每个密切平面上，两道激波曲线形状及各自波后压力分布均相同，使得密切轴对称技术能够同时应用于入射和反射激波；第二，发展的特殊二维轴对称内锥基准流场设计方法，其特征在于：应用特征线理论使得该流场中入射/反射激波形状和反射激波波后压力分布可控。通过应用发展的密切轴对称理论，将一系列特殊设计的二维轴对称内锥流场进行组合叠加，即可得到所需的非轴对称广义内锥基准流场。

所述方法主要设计步骤如下：

(1)给定广义内锥的进口形状，得到该曲线各处局部曲率半径、曲率中心及相应的密切平面组。

(2)构造一系列入射/反射激波形状及反射激波波后压力分布相同的轴对称二维流场，分别位于各密切平面之内。由于各密切面所对应的进口曲率半径和曲率中心位置不同，这些轴对称二维流场的进口半径和中心体半径也应当随之变化，但进口到中心体的径向距离始终不变。

(3)同时对前后两道激波应用密切轴对称技术，将各密切面上的二维轴对称流动按对应关系叠加组成空间三维流场。