[发明专利]一种自适应高焓型面喷管的设计方法

权利要求书

1.一种自适应高焓型面喷管的设计方法，所述高焓型面喷管由收缩段、喉道和无黏膨胀段组成，其特征在于，包括如下步骤：

(1)建立坐标系，根据高焓激波风洞尺寸和模拟条件，确定喷管驻室总温和总压驻室条件，以确定高焓型面喷管的入口尺寸、喉道尺寸和出口尺寸；

(2)根据喉道尺寸和喷管的最大膨胀角θ，设计一个锥形喷管；

(3)设计形成初始收缩段曲线；

(4)根据喷管驻室总温和总压驻室条件，经过数值计算，确定喷管流动过程中冻结点的位置和比热比γ；

(5)设计形成初始无黏膨胀段曲线；

所述无黏膨胀段由三部分组成，第一段TA为三次曲线或者圆弧曲线，第二段AB为圆锥曲线，第三段BC为消波段曲线；

根据B点高度和冻结点F点的关系式为y_B＝(1.8～2.5)y_F，确定B点参数；

根据普朗特迈耶角和最大膨胀角的关系，确定位于源流区域的BE曲线的参数；

多项式曲线ED满足一阶导数连续，二阶导数小于0，根据BE曲线和ED曲线，利用特征线方法，确定BC曲线参数，所述特征线方程如下式(b)：

式(b)中，x为xoy坐标系的x轴；y为xoy坐标系的y轴；

连接TA、AB和BC形成光滑曲线TC，再通过边界层修正后形成无黏膨胀段曲线TC；

(6)连接初始收缩段曲线和初始无黏膨胀段曲线，进行边界层修正后，生成初始的高焓型面喷管完整曲线；

(7)对步骤(6)生成的初始的高焓型面喷管完整曲线进行数值验证后，完成高焓型面喷管的型线设计。

2.根据权利要求1所述的自适应高焓型面喷管的设计方法，其特征在于，步骤(2)中，所述最大膨胀角θ角度为5°～15°。

3.根据权利要求1所述的自适应高焓型面喷管的设计方法，其特征在于，步骤(2)中，所述锥形喷管的第一段和第二段均与高焓型面喷管相同，锥形喷管第三段为圆锥曲线，与第二段斜率相同。

4.根据权利要求1所述的自适应高焓型面喷管的设计方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的锥形喷管的第一段为圆弧曲线或者三次曲线。

5.根据权利要求1所述的自适应高焓型面喷管的设计方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的锥形喷管的第一段为三次曲线，段任一点可由下列式(a)三次曲线确定：

6.根据权利要求1所述的自适应高焓型面喷管的设计方法，其特征在于，步骤(3)中，所述初始收缩段曲线MT为“凹”曲线，曲线的二阶导数不小于0，采用直线加圆弧构型，或者采用圆锥曲线和圆弧连接构型，或者采用圆弧构型。

7.根据权利要求1所述的自适应高焓型面喷管的设计方法，其特征在于，步骤(3)中，初始收缩段曲线MT采用圆锥曲线和圆弧连接构型，圆锥的半锥角为35°～45°，圆弧的半径与喉道下游的半径相同。

8.根据权利要求1所述的自适应高焓型面喷管的设计方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的数值计算采用多组分多温度气体模型，气体的平动温度和振动温度及电子温度需要分别计算，同时计算多组分的比热比γ。

9.根据权利要求1所述的自适应高焓型面喷管的设计方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的冻结点F的参数由振动温度确定，判断标准为振动温度不再发生变化。

10.根据权利要求1所述的自适应高焓型面喷管的设计方法，其特征在于，步骤(4)中，冻结点F位于所述的无黏膨胀段中第二段AB曲线上，角度为5°～15°。

11.根据权利要求1所述的自适应高焓型面喷管的设计方法，其特征在于，步骤(7)中，所述数值验证方法为：

如果喷管出口马赫数均方根偏差、轴向马赫数梯度和气流偏转角参数不满足国军标先进指标，则重新选择最大膨胀角θ和B点坐标，重新开始步骤(2)到步骤(6)，进行迭代；

如果喷管出口参数满足国军标先进指标，则迭代终止，完成高焓型面喷管的型线设计。