[发明专利]超声速流道的实现方法及装置

说明书

技术领域

本发明空气动力设计领域，具体而言，涉及一种超声速流道的实现方法及装置。

背景技术

超声速流道，如喷管、进气道、隔离段、转弯段等，常用于风洞和高速飞行器，一般是二维或轴对称构型，因此其截面一般是圆形、环形或矩形。随着现代空气动力学的发展，(此处删去回车，并为一段)截面为椭圆形、星形、多边形等形状的异型流道有着越来越广泛的用途，如增强两股气流间的混合、提高超声速流道的结构强度等。由于失去了几何上的对称性，传统的流道设计方法无法应用于异型出口截面流道设计中，因此，目前异形截面流道还没有较为成熟的设计技术，与之相近的是二维或轴对称超声速流道设计方法。

现有的超声速流道设计方法一般步骤如下：

(1)根据收缩比和长径比的要求，设计亚声速段曲线；

(2)根据亚声速段曲线确定喉部的超声速初值线；

(3)根据超声速初值线和一定的理论公式确定超声速段的马赫数分布；

(4)根据超声速段的马赫数分布确定超声速段壁面。

在上述超声速流道的设计方法中，只能设计二维或轴对称流道，无法设计出异型出口截面流道。此外，在现有的超声速流道设计方法，只通过简单的曲面插值而不考虑气动特性，所设计的异型出口截面流道流场品质难以保证。

针对相关技术中的无法设计出口截面为异型的超声速流道问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的无法设计异型出口截面流道问题，本发明提供了一种超声速流道的实现方法及装置，以至少解决上述问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种超声速流道的实现方法，包括：根据预设的异型出口截面的形状获取该形状的外接圆；计算外接圆的圆心到异型出口截面的形状的距离；从超声速流道的流线族中选择与该距离相对应的流线，其中，选择出的流线构成超声速流道的壁面的曲面形状。

优选的，计算外接圆的圆心到异型出口截面的形状的距离的步骤包括：获取圆心到外接圆的圆周上的每个点的连线；获取连线与形状的边的第一交点；计算圆心到第一交点的距离，其中，圆心到第一交点的距离为外接圆的圆心到异型出口截面的形状的距离。

优选的，从超声速流道的流线族中选择与距离相对应的流线的步骤包括：获取流线族中的各流线与超声速流道的出口连接线之间的第二交点，其中，出口连接线为超声速流道的出口点与该出口点相对于超声速流道的中心线的镜像点的连接线；获取中心线与超声速流道的出口连接线之间的第三交点；计算第二交点与第三交点之间的距离；若第二交点与第三交点之间的距离为外接圆的圆心到异型出口截面的形状的距离，则选择与该第二交点对应的流线。

优选的，通过以下步骤获取中心线：根据预设的异型出口截面的进口位置和出口位置以及马赫数约束确定中心线的坐标和长度。

优选的，通过以下步骤获取超声速流道的出口点以及该出口点的镜像点：根据马赫数分布以及出口流场设计约束确定出口点；根据中心线、特征线法以及确定出的出口点生成超声速流道的曲线型面；将曲线型面相对于中心线进行镜像得到出口点的镜像点。

优选的，异型出口截面的形状包括以下之一：多边形截面、曲线截面、星形截面以及多连通截面。

根据本发明的另一方面，提供了一种超声速流道的实现装置，包括：获取单元，用于根据预设的异型出口截面的形状获取形状的外接圆；计算单元，用于计算外接圆的圆心到异型出口截面的形状的距离；选择单元，用于从超声速流道的流线族中选择与距离相对应的流线，其中，选择出的流线构成超声速流道的壁面的曲面形状。

优选的，计算单元包括：第一获取模块，用于获取圆心到外接圆的圆周上的每个点的连线；第二获取模块，用于获取连线与形状的边的第一交点；计算模块，用于计算圆心到第一交点的距离，其中，圆心到第一交点的距离为外接圆的圆心到异型出口截面的形状的距离。

优选的，选择单元包括：第三获取模块，用于获取流线族中的各流线与超声速流道的出口连接线之间的第二交点，其中，出口连接线为超声速流道的出口点与该出口点相对于超声速流道的中心线的镜像点的连接线；第四获取模块，用于获取中心线与超声速流道的出口连接线之间的第三交点；计算模块，用于计算第二交点与第三交点之间的距离；选择模块，用于选择第二交点与第三交点之间的距离为外接圆的圆心到异型出口截面的形状的距离的第二交点对应的流线。