[发明专利]一种具有拐弯入口及高长细比的矩形超声速喷管的设计方法及构型

权利要求书

1.一种具有拐弯入口及高长细比的矩形超声速喷管的设计方法，其特征在于步骤如下：

(1)基于入口段的入口高度、上壁面、下壁面沿展向的截面曲线，确定喷管入口到喉道的上壁面、下壁面形状；

(2)确定喉道与入口段下壁面的相交位置与下壁面的切点的距离的可选范围，即喉切距的可选范围；

(3)利用特征线法，根据喉道高度、出口高度、需要的出口马赫数和出口段长度，确定超声速喷管的出口段上壁面与下壁面型线。

2.根据权利要求1所示的一种具有拐弯入口及高长细比的矩形超声速喷管的设计方法，其特征在于：步骤(3)后还依次包括以下步骤：

(4)在喉切距的可选范围内，在不同的喉切距情况下，基于给定的入口压力与出口压力，计算喷管流场，得到不同的喉切距情况下对应的实际的出口马赫数曲线；

(5)根据步骤(4)出口马赫数曲线，以及设定的选择标准，确定合适的喉切距；

(6)出口段上壁面与下壁面型线能够设计为两种类型，分别为直线或曲线，在出口段上壁面与下壁面型线类型的各组合情况下，根据已确定合适的喉切距，基于给定的入口压力与温度，计算喷管流场，得到各组合情况下对应的实际的出口马赫数曲线；

(7)根据步骤(6)的出口马赫数曲线，以及设定的选择标准，确定出口段上壁面与下壁面型线类型的组合。

3.根据权利要求1所述的一种具有拐弯入口及高长细比的矩形超声速喷管的设计方法，其特征在于：由于空间限制，气流无法沿着垂直于喷管喉道截面的方向流入喷管，因此喷管的入口段需要设置为拐弯。

4.根据权利要求1所述的一种具有拐弯入口及高长细比的矩形超声速喷管的设计方法，其特征在于：矩形超声速喷管出口的长度和宽度之比称为长细比，为产生薄的致冷气膜采用高长细比。

5.根据权利要求1所述的一种具有拐弯入口及高长细比的矩形超声速喷管的设计方法，其特征在于：喷管入口段的最大横截面积与喉道处最小横截面积之比为收缩比，在有空间限制的条件下，应使收缩比尽可能大，会更有利于流场稳定。

6.根据权利要求1所述的一种具有拐弯入口及高长细比的矩形超声速喷管的设计方法，其特征在于：喉道与下壁面交点到下表面切点距离称为喉切距，喉切距不应过小，至少为喉道高度的一倍以上。

7.根据权利要求1所述的一种具有拐弯入口及高长细比的矩形超声速喷管的设计方法，其特征在于：喷管膨胀段尽量采用上下双壁面型线，避免采用单壁面型线。

8.根据权利要求1至6中之一所述的一种具有拐弯入口及高长细比的矩形超声速喷管的设计方法，其特征在于：不改变喉道和出口尺寸，通过将单壁面型线的膨胀角度分解到上下两个壁面，达到减小膨胀角的作用，气流在膨胀过程中横向运动幅度小，流场更容易达到稳定。

9.一种具有拐弯入口及高长细比的矩形超声速喷管构型，其特征在于包括：入口段、出口段；入口段与出口段的连接面作为喉道；入口段包括上壁面、下壁面；出口段包括上壁面、下壁面；喉道CH与出口段下壁面HI的相交位置H与入口段第二直线段GH与入口段下壁面圆弧FG的切点G的距离，作为喉切距；

入口段的上壁面包括入口第一直线段AB、入口第一曲线段BC，在B点光滑连接，入口段的下壁面包括入口第二直线段EF、入口圆弧段FG、入口第三直线段GH；

出口段的上壁面包括曲线段CD，出口段的下壁面包括直线段HI。