[发明专利]一种风洞柔壁喷管柔板系统支撑布局设计方法

权利要求书

1.一种风洞柔壁喷管柔板系统支撑布局设计方法，其特征在于，包括：

步骤一，设计柔壁喷管的理论型面曲线，并计算理论型面曲线的一阶导数和二阶导数；

步骤二，选择喷管材料，设计柔板厚度，计算柔板的理论弯曲应力，判断是否小于喷管材料的许用应力，若不满足，则重新设计柔板厚度，若改变柔板厚度仍不满足要求，则重新设计柔壁喷管的理论型面曲线；

步骤三，根据试验工况计算出喷管及其下游试验区域的流场分布情况和压力分布数据，并检查喷管及其下游试验区域流场是否满足指标要求，若不满足，则重新设计柔壁喷管的理论型面曲线；

步骤四，设计柔板系统纵向支撑铰链点的间距和位置，拟合喷管型面压力分布函数，建立柔板系统分析的数字模型、约束和加载模型，计算柔板应力、支反力、变形和斜率误差，判断加载后的柔板应力和斜率误差是否满足期望值，若不满足，则重新设计柔板纵向支撑铰链点的间距和位置，若仍不满足，则重新设计柔板厚度，计算受载变形后的喷管流场，检查气动载荷作用下变形后的喷管流场是否满足指标要求，若不满足，则重新设计柔板纵向支撑铰链点的间距和位置；

所述步骤四，具体步骤为：

步骤41，设计柔板系统纵向支撑铰链点的间距和位置；

步骤42，根据压力分布数据，采用多项式拟合、指数函数拟合方法将喷管型面离散的压力分布数据分段拟合成函数，并计算出拟合函数与压力分布数据的误差，判断拟合函数的适用性，若拟合误差过大，则重新选择拟合方法进行函数拟合，或者重新分段进行函数拟合，直到拟合误差满足期望值为止；

步骤43，采用有限元计算方式建立柔板系统的数字模型、约束和加载模型；

步骤44，采用有限元计算方式计算得出柔板系统应力、支反力、变形和斜率误差，检查加载后的柔板系统应力是否小于喷管材料许用应力，喉道下游喷管型面斜率误差是否不大于0.05°，若不满足，则重新设计柔板纵向支撑铰链点的间距和位置，若仍不满足，则重新设计柔板厚度，直至满足要求；

步骤45，根据加载变形后的喷管型面曲线，建立分析模型，采用CFD方法对喷管流场验算，检查气动载荷作用下变形后的喷管流场是否满足国家军用标准对流场品质的要求，若不满足，则重新设计柔板纵向支撑铰链点的间距和位置，直至满足要求；

步骤五，设计柔板系统横向支撑铰链点的数量、间距、位置和结构，计算柔板截面的横向翘曲，检查加载后柔板横向变形和斜率误差是否满足期望值，若不满足，则重新设计柔板横向支撑铰链点数量、间距、位置和结构，直至满足要求；

步骤六，设计执行机构悬挂点位置；计算执行机构在柔壁喷管型面变化后偏摆的最大角度，检查摆角是否满足使用要求，若不满足，则重新设计执行机构悬挂点位置；计算确定柔板支撑铰链点处允许的定位误差；选择执行机构，根据喷管型面综合变形要求，确定喷管框架允许的变形量，完成柔板系统支撑布局设计。

2.根据权利要求1所述的一种风洞柔壁喷管柔板系统支撑布局设计方法，其特征在于，所述步骤一，具体步骤为：

步骤11，根据特征线理论，设计马赫数以及喷管几何参数，在笛卡尔坐标系下，设计柔壁喷管的理论型面曲线，使得理论上风洞试验区域获得均匀的流场品质；

步骤12，计算出理论型面曲线的一阶导数和二阶导数；

设计柔壁喷管的理论型面曲线的方法为Sivells设计法、Evvard-Marcus设计法或Maxwell设计法。

3.根据权利要求2所述的一种风洞柔壁喷管柔板系统支撑布局设计方法，其特征在于，所述步骤二，具体步骤为：

步骤21，选择具有高屈强比且对缺口敏感性低的喷管材料；

步骤22，考虑密封设计和加工工艺性，初步设计柔板厚度；

步骤23，根据公式：计算柔板的理论弯曲应力，判断是否小于喷管材料的许用应力，若不满足，则重新设计柔板厚度，若改变柔板厚度仍不满足要求，则重新设计柔壁喷管的理论型面曲线，直至满足要求；

公式中：σ表示弯曲应力，单位为MPa；E表示材料的弹性模量，单位为MPa；t表示柔板厚度，单位为mm；R表示柔板的弯曲半径，单位为mm；y'表示理论型面曲线点的一阶导数；y表示理论型面曲线点的二阶导数。

4.根据权利要求3所述的一种风洞柔壁喷管柔板系统支撑布局设计方法，其特征在于，所述步骤23中，重新设计柔壁喷管的理论型面曲线，同时更换喷管材料。