一种等激波流场‑变马赫数宽速域乘波飞行器设计方法

摘要

本发明公开了一种等激波流场‑变马赫数宽速域乘波飞行器设计方法，涉及高超声速飞行器的气动外形设计技术领域，所针对的对象为高超声速飞行器，速域范围为Ma≥5。该设计方法基于特定的激波流场，得到不同马赫数对应条件下的物面角，进而采用流线追踪方法得到变马赫数乘波飞行器的后缘线。基于简化锥导乘波体设计理论，当乘波体上缘线确定后，基于定激波流场的设计准则，可以确定变马赫数乘波飞行器的前缘线，然后采用流线追踪法，在变圆锥面的基础上，可以得到变马赫数乘波飞行器的后缘线。在确定了上缘线、前缘线和后缘线后，将每条流线连接成一个整体面，即可得到乘波飞行器的上表面和下表面，从而完成飞行器的设计。

主权项

一种“等激波流场‑变马赫数”宽速域乘波飞行器设计方法，其特征在于，该设计方法基于特定的激波流场，得到不同马赫数对应条件下的物面角，进而采用流线追踪方法得到变马赫数乘波飞行器的后缘线；采用简化锥导乘波体设计理论，简化锥导乘波体设计理论为：假设气流经过激波面后，气流方向直接转变成与圆锥面平行的方向；当来流马赫数Ma_j经过圆锥激波面OE_j，来流方向转变成与圆锥面平行，即流线B_jC_j与变马赫数条件下的圆锥面母线OD_j平行；设OO_C为圆锥的中心轴线，EF为圆锥激波流场的出口形线，A_j为乘波体上缘线AF上任意一点，B_j为乘波体前缘线BF上与A_j相对应的点，C_j为乘波体后缘线CF上与B_j相对应的点，O_C、A_j、D_j、C_j和E_j在同一直线上；所述设计方法包括以下步骤：步骤一，确定变马赫数乘波飞行器上缘线，上缘线形状可以选取为任意曲线，上缘线形状不受限制；步骤二，确定圆锥流场，假设设计的宽马赫数范围为[Ma_min，Ma_max]，根据高超声速流动机理可知，激波角β满足：即激波角应该不小于马赫角，据此确定激波流场；步骤三，确定变马赫数乘波飞行器前缘线，基于定激波流场的设计准则，可以确定变马赫数乘波飞行器的前缘线；当上缘线AF确定后，在等激波角条件下，即激波流场不变，由AF沿着流线逆方向延伸与圆锥激波面OEF相交于BF，即BF为“等激波流场‑变马赫数”宽速域乘波飞行器的前缘线；步骤四，确定变马赫数圆锥面，将乘波飞行器前缘线BF均分成j份，每个前缘线上的点的坐标为同时将设计的变马赫数区间均分为j份，每个设计马赫数Ma_j分别与前缘线B_j相对应；根据圆锥激波角与圆锥角之间的关系可以确定变马赫数条件下，不同马赫数对应的圆锥物面角δ_j，进而可以确定不同马赫数条件下的圆锥面，OD_j为不同马赫数条件下的圆锥面母线；其中，γ为比热比；步骤五，确定变马赫数乘波飞行器后缘线，采用流线追踪法，在变圆锥面的基础上，可以得到变马赫数乘波飞行器的后缘线；将前缘线均分成j份，将每份按照不同的设计马赫数Ma_j得到的不同圆锥面来进行流线追踪，采用简化锥导乘波体设计理论，得到乘波飞行器的后缘线CF；步骤六，在确定了上缘线、前缘线和后缘线后，将每条流线连接成一个整体面，即可得到乘波飞行器的上表面和下表面，至此，“等激波流场‑变马赫数”宽速域乘波飞行器的设计完成。