[发明专利]高速飞行器钻石型强制转捩装置设计方法及装置

说明书

本发明提供了一种高速飞行器钻石型强制转捩装置设计方法和装置，强制转捩装置设计方法包括：步骤一，在飞行条件最不容易转捩的状态下，根据飞行器前体进气道壁面的极限流线分布和高速飞行器的结构安装空间，确定强制转捩装置的安装位置以及强制转捩装置的第一展向宽度；步骤二，根据飞行器前体进气道壁面的流场参数确定强制转捩装置的安装位置截面最大的焓值边界层厚度δmax；步骤三，根据强制转捩装置的安装位置截面最大的焓值边界层厚度δmax，确定强制转捩装置的尺寸参数。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中强制转捩装置设计方法所设计出的转捩装置结构复杂且加工困难的技术问题。

技术领域

本发明属于高速飞行器强制转捩装置设计的技术领域，具体而言，涉及一种高速飞行器钻石型强制转捩装置设计方法及装置。

背景技术

转捩与湍流既是高速飞行器的重大基础空气动力学问题，也是制约高速飞行器发展的关键技术问题，边界层转捩对高速飞行器超燃冲压发动机进气道起动性能和发动机性能具有至关重要的影响。对于小尺寸升力体/乘波体外形吸气式高速飞行器，由于前体进气道的长度较短，自然流动状态下无法保证进气道入口流动为湍流，因此，需要在前体进气道上安装强制转捩装置，以保证进气道入口处的流动为湍流。然而，现有的强制转捩装置设计方法所设计出的强制转捩装置的粗糙单元较小，因此根据该设计方法设计出的强制转捩装置结构较复杂，且工艺要求较高，加工难度大。

发明内容

本发明提供了一种高速飞行器钻石型强制转捩装置设计方法及装置，以解决现有技术中的强制转捩装置设计方法所设计出的转捩装置结构复杂且加工困难的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种高速飞行器钻石型强制转捩装置设计方法，强制转捩装置设计方法包括：步骤一，在飞行条件最不容易转捩的状态下，根据飞行器前体进气道壁面的极限流线分布，在保证强制转捩装置的流向安装位置至少距离进气道入口0.5m的条件下，确定强制转捩装置的初始安装位置的距离范围；根据强制转捩装置的初始安装位置的距离范围以及高速飞行器的结构安装空间以确定强制转捩装置的安装位置；根据强制转捩装置的安装位置和飞行器前体进气道壁面的极限流线分布以确定强制转捩装置的第一展向宽度；步骤二，根据飞行器前体进气道壁面的流场参数确定强制转捩装置的安装位置截面最大的焓值边界层厚度δmax；步骤三，根据强制转捩装置的安装位置截面最大的焓值边界层厚度δmax，确定强制转捩装置的尺寸参数。

进一步地，在步骤三之后，设计方法还包括：步骤四，根据不同的飞行条件，确定飞行器前体进气道表面的强制转捩装置流向安装位置处能够全部进入进气道入口的流线宽度，从流线宽度中选择最大的宽度作为强制转捩装置的第二展向宽度；步骤五，根据第一展向宽度与第二展向宽度的数值大小，以确定强制转捩装置的实际展向宽度。

进一步地，步骤五具体包括：当第一展向宽度大于或等于第二展向宽度时，将第一展向宽度作为强制转捩装置的实际展向宽度；当第一展向宽度小于第二展向宽度时，将第二展向宽度作为强制转捩装置的实际展向宽度。

进一步地，强制转捩装置包括多个并排设置的转捩装置粗糙单元，强制转捩装置的尺寸参数包括粗糙单元间距d、粗糙单元高度h和粗糙单元边长l。

进一步地，粗糙单元间距通过d＝2.414*δmax来确定，粗糙单元高度h通过h＝0.5*δmax来确定，粗糙单元边长l通过l＝δmax来确定。

进一步地，在步骤一中，通过数值计算的方法，计算升力体/乘波体进气道的流场，以获取飞行器前体进气道壁面的极限流线分布。

进一步地，飞行条件最不容易转捩的状态根据飞行马赫、飞行高度、攻角以及壁温来确定。

进一步地，在步骤一中，根据弹道条件，选取发动机工作包线内最不容易转捩的状态，根据飞行器前体进气道壁面的极限流线分布和高速飞行器的结构安装空间，确定强制转捩装置的安装位置以及强制转捩装置的第一展向宽度。