[发明专利]高超声速飞行器与进气道内外乘波一体化设计方法

权利要求书

1.高超声速飞行器与进气道内外乘波一体化设计方法，其特征在于包括以下步骤：

1）根据设计要求指定三维激波曲面，得到连续的高超声速外乘波体飞行器与内乘波进气道所乘激波曲线外乘波段、高超声速外乘波体飞行器与内乘波进气道所乘激波曲线内乘波段，所述高超声速外乘波体飞行器与内乘波进气道所乘激波曲线外乘波段、所述高超声速外乘波体飞行器与内乘波进气道所乘激波曲线内乘波段依靠高超声速外乘波飞行器前体与内乘波进气道所乘激波曲线二元平面乘波段过度，高超声速外乘波飞行器前体与内乘波进气道所乘激波曲线二元平面乘波段所具有的性质是曲率半径无穷大，并获取三维波系内乘波段激波曲线当地曲率中心与三维波系外乘波段激波曲线当地曲率中心；三维波系内乘波段激波曲线当地曲率中心与三维波系外乘波段激波曲线当地曲率中心的方向相反，依靠三维波系二元平面乘波段密切轴衔接，从而实现激波面曲率中心由外流向内流的连续过度；

2）以离散激波曲线与曲率中心的关系反推出一系列基本流场，所述基本流场包括外乘波部分与内乘波部分，其中外乘波部分的基本流场是一系列变曲率半径的圆锥流场；内乘波部分的基本流场是一系列变曲率半径的含有中心体的轴对称内收缩流场；

3）给定外乘波飞行器前体前缘捕获型线在设计截面上的投影和内乘波进气道前缘捕获型线在设计截面上的投影，在三维波系二元平面乘波段密切轴、三维波系内乘波段密切轴与三维波系外乘波段密切轴所在垂直于纸面方向的平面内进行流线追踪，将所得流线在横向位置上构成流面得到外乘波体飞行器前体压缩段与内乘波进气道压缩型面，外乘波体飞行器前体压缩段与内乘波进气道压缩型面相连接即构成一体化装置压缩型面；

4）以步骤3）中所述流面为基础对高超声速飞行器进行几何构造，获得在设计飞行状态下能够产生高超声速外乘波飞行器前体与内乘波进气道所乘激波曲线外乘波段、高超声速外乘波飞行器前体与内乘波进气道所乘激波曲线内乘波段、高超声速外乘波飞行器前体与内乘波进气道所乘激波曲线二元平面乘波段的一体化装置。

2.如权利要求1所述高超声速飞行器与进气道内外乘波一体化设计方法，其特征在于在步骤2）中，所述以离散激波曲线与曲率中心的关系反推出一系列基本流场的具体步骤为：

（1）确定高超声速飞行器设计条件，所述高超声速飞行器设计条件包括来流马赫数Ma、入射激波角β；

（2）指定三维波系二元平面乘波段密切轴、三维波系内乘波段密切轴和三维波系外乘波段密切轴所在垂直于纸面方向的平面为其密切面；

（3）外乘波部分的基本流场是一系列变曲率半径的圆锥流场，根据来流条件可计算出圆锥半顶角α，根据将激波曲线离散为激波曲线段的离散点的曲率半径r_w确定当地密切轴所对应密切锥激波在设计截面内的形状，进而可根据密切锥半顶角α确定当地密切轴所对应密切锥的底面形状，三维波系外乘波段激波曲线当地曲率中心即当地密切轴所对应密切锥的底面中心，即外乘波段激波曲线的当地曲率中心；

（4）内乘波部分的基本流场是一系列变曲率半径的含有中心体的轴对称内收缩流场，内收缩基本流场由入口、出口、中心体与壁面型线构成，其中当地密切轴所对应内收缩基本流场入口由三维波系内乘波段激波曲线当地曲率中心至当地密切轴与前缘捕获型线在设计平面内的交点的距离d确定，当地密切轴所对应内收缩基本流场中心体截面形状由将激波曲线离散为激波曲线段的离散点处的曲率半径r_i确定，求出当地密切轴所对应内收缩基本流场入口与当地密切轴所对应内收缩基本流场中心体截面形状后需设计出能够满足步骤（1）中所述设计条件的壁面型线，从而确定当地密切轴所对应内收缩基本流场出口形状，三维波系内乘波段激波曲线当地曲率中心即为当地密切轴对应内收缩基本流场回转中心在设计截面内投影位置，即内乘波段激波曲线的当地曲率中心。