[发明专利]一种带强制转捩装置的高速飞行器进气道性能评估装置及方法

说明书

本发明提出一种带强制转捩装置的高速飞行器进气道性能评估装置及方法，包括流动转捩位置确定模块、带强制转捩装置的高速飞行器、流场确定模块、进气道性能提取模块和进气道性能评价模块。本发明提出了针对带强制转捩装置飞行器的流动分析，获得了表征强制转捩装置后流动的特征量(流向涡长度)，可以更加准确模拟飞行器表面流态。

技术领域

本发明涉及一种带强制转捩装置的高速(马赫数大于5)飞行器进气道性能评估装置及方法，属于高速飞行器气动分析技术领域。

背景技术

飞行器加装强制转捩装置后，会对进气道的性能产生影响。强制转捩装置设计的标准是即要保证进入进气道的气流为湍流流态，又要确保对进气道性能的影响在可控范围内。而如何真实模拟计算加装强制转捩装置后飞行器的进气道性能是目前亟需解决的难题。

为了获得强制转捩装置对进气道性能的影响量，需要计算加装强制转捩装置的飞行器进气道性能，目前常用的计算方法为全层流计算和全湍流计算。

全层流计算方法，将整个飞行器的外表面都作为层流流态，通过求解流体力学控制方程得到飞行器进气道的性能参数。其优点是计算量小，能够快速获得飞行器的进气道性能，缺点是无法模拟飞行器表面的真实流态，计算所得的进气道性能为全层流结果，与真实的性能存在差距。

全湍流计算方法，将整个飞行器的外表面都作为湍流流态，通过求解流体力学控制方程得到飞行器进气道的性能参数。其优点是计算量小，能够基本模拟进气道内的流态，缺点是无法模拟除进气道以外的飞行器表面的真实流态，计算所得进气道性能与真实的性能存在差距。

计算加装强制转捩装置的飞行器进气道性能，如果采用全层流方法计算，由于转捩装置后的区域及进气道内为湍流流态，全层流的计算结果不真实。如果采用全湍流方法计算，由于转捩装置之前为层流，全湍流的性能计算结果相对于真实的结果存在偏差。

总之，对于加装强制转捩装置的飞行器进气道性能计算，现有的计算方法无法精确、真实地模拟飞行器表面流态变化，不满足进气道性能评估要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种能精确、真实模拟带强制转捩装置的高速飞行器的表面流态变化、实现带强制转捩装置的高速飞行器进气道性能评估装置及方法。

本发明的技术解决方案：一种带强制转捩装置的高速飞行器进气道性能评估装置，包括流动转捩位置确定模块、带强制转捩装置的高速飞行器、流场确定模块、进气道性能提取模块和进气道性能评价模块；

所述的流动转捩位置确定模块，根据强制转捩装置的安装位置和流向涡长度，得到带强制转捩装置的高速飞行器在飞行状态下的流动转捩位置；

所述的流场确定模块，以流动转捩位置确定模块得到的流动转捩位置为中间截面，以中间截面为界，中间截面之前为全层流流场，中间截面之后为全湍流流场，得到带强制转捩装置的高速飞行器的组合流场；

所述的进气道性能提取模块，从流场确定模块得到的组合流场中提取进气道喉道截面的物理量，获取进气道性能参数；

所述的进气道性能评价模块，将进气道性能提取模块获取的进气道性能参数与进气道性能指标进行对比，得到强制转捩装置对进气道性能的影响，对其进行评价。

评价准则为：判断强制转捩装置对进气道性能的影响是否满足其中ε为高速飞行器进气道性能指标值，ε′为安装了强制转捩装置的高速飞行器的进气道性能，Δε为进气道性能影响阈值，若满足上式，则判定强制转捩装置的设计合理，若不满足则判定强制转捩装置的设计不合理。Δε一般工程中要求小于1％，也可根据实际情况确定，该值设计越小，表示强制转捩装置的设计时，要求其对高速飞行器进气道影响越小。