[发明专利]一种超声速边界层特征厚度估算方法

权利要求书

1.一种超声速边界层特征厚度估算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在壁面上目标位置的法向方向上布置评估点：评估点分布在边界层内外，根据法向方向网格的等效厚度，确定评估点的分布位置；

S2，使用评估点附近网格节点上的流场数据，在评估点位置进行插值，获得壁面上法向方向上的目标位置的流场，并将其投影到正交贴体坐标系下；

S3，建立评估点上综合判定特征量与壁面距离的函数关系；

定义以下综合判定函数用于评估点上的定量分析：

其中，η_i是评估点A_i在壁面内法向方向上的坐标，u_iξ为贴体坐标系下流向方向的速度，ρ_i是评估点处的密度，b、c、d为各项的指数加权值；

S4，通过判定准则确定特征点，以该特征点到壁面的距离估算边界层特征厚度；

其中，边界层特征厚度的预测过程：

先对所有评估点A_i处的f(η_i)做比较，得到f(η_i)的最大值的点记为A_m，取A_m-2、A_m-1、A_m、A_m+1、A_m+2共5点拟合f(η_i)在A_m点附近的连续函数s(η)，对s(η)求导得到s′(η)，取s(η)的极大值位置的η值为δ_r，作为边界层参考尺度，即δ_r＝η|_s′(η)＝0；

记δ₉₉为边界层名义厚度，则取δ₉₉＝Aδ_r，其中A(M)为边界层名义厚度换算因子，是马赫数M的函数；

记δ_d为边界层位移排移厚度，则取δ_d＝Bδ_r，其中B(M)为边界层位移排移厚度换算因子，是马赫数M的函数；

记θ为边界层动量排移厚度，则取θ＝Cδ_r，其中C(M)为边界层动量排移厚度换算因子，是马赫数M的函数。

2.根据权利要求1所述的超声速边界层特征厚度估算方法，其特征在于，步骤S1中采用投影的算法，计算法向方向网格的等效厚度，以此确定评估点的分布位置：

设壁面上目标位置的单位法向方向为以该目标位置作为第一个评估点，记为A₀，下一个点为A₁，同理其它点记为A_i；从已知评估点A_i到下一个评估点A_i+1的定位，采用矢量表示记为点A_i到点A_i+1的距离记为距离评估点A_i最近的网格节点记为B_i，B_i到同一网格内其它网格节点的矢量记为其中j＝1,…7；矢量在单位法向方向的投影为矢量与单位法向方向的夹角为其范围为0到π，其中夹角为0表示矢量与单位法向方向的方向一致，夹角为π/2表示矢量与单位法向方向的方向垂直，夹角为π表示矢量与单位法向方向的方向相反；则点A_i到点A_i+1的距离d_i以B_i所在网格的等效厚度确定，按公式d_i＝a×p_iJ计算，其中取J使得为最小值，a为评估点距离加权系数。

3.根据权利要求1所述的超声速边界层特征厚度估算方法，其特征在于，步骤S2中在评估点位置进行插值，获得壁面上目标位置的法向方向上的流场，并将其投影到正交贴体坐标系下：

取壁面目标位置的单位法向方向为壁面内法向方向将距离壁面最远的评估点上的速度在以为法向方向的平面上作投影，将得到的投影速度矢量单位化后作为流向方向与壁面内法向方向和流向方向垂直的方向为展向方向其中流向方向、壁面内法向方向和展向方向满足右手法则；流向方向、壁面内法向方向和展向方向构成正交贴体坐标系；

将直角坐标系速度矢量分解到流向方向、壁面内法向方向和展向方向，得到掰正后正交体贴坐标系下的速度矢量