[发明专利]一种超声速流道三维流场计算方法及装置

说明书

本发明公开一种超声速流道三维流场计算方法及装置，该方法包括：预先设计轴对称内收缩的基准流场；通过已知线型的捕获截面在所述基准流场中进行流线追踪，获得三维内转向进气道；离散所述三维内转向进气道中的所述捕获截面，用若干微元流面等效进所述捕获截面；计算每个所述微元流面到所述基准流场中旋成轴的距离，根据该距离在所述基准流场中追踪相应的微元流管；在基准流场中提取每条所述微元流管的坐标信息和流动参数；根据所述微元流管的坐标信息和流动参数，获得三维内转向进气道流场。与现有技术相比，该方法能够解决传统进气道流场计算方法程序复杂费时费力的问题。

技术领域

本发明涉及超燃冲压发动机进气道技术领域，尤其是一种超声速流道三维流场计算方法

背景技术

超燃冲压发动机是高超声速飞行器的动力部件，其主要由进气道、隔离段、燃烧室和尾喷管四部分组成。高超声速进气道是超燃冲压发动机的供气部件，为发动机燃烧室提供足量且较高品质的来流，保证发动机正常高效工作。三维内转向进气道因其具有总压损失小、流量捕获能力强、外阻小以及便于一体化设计等诸多优势，得到了广泛应用。

内转向进气道的设计是一个迭代设计过程，即设计者首先根据自身经验设计出一个初始方案，然后根据设计结果的优劣程度，不断调整设计过程，反复进行，直到设计出满足要求的进气道。另外，随着内转向进气道的研究和工程应用的不断深入，利用计算机进行自动优化设计也逐步成为必要阶段。无论是设计者的人工迭代设计，还是利用计算机自动优化设计，都需要计算大量的三维进气道流场，因此发展内转向进气道三维流场的快速计算方法具有十分重要的工程应用价值。

在进气道设计过程中，都希望能够方便、快速甚至实时知晓所设计出来的进气道的性能参数，比如总压恢复系数、压升、总收缩比、内收缩比等等。目前一般的做法是，首先将设计出来的三维进气道导入三维建模软件(如Solidworks、Catia等)进行三维成型；然后，将生成的三维模型导入网格绘制软件(如ICEM、Pointwise等)进行三维网格绘制；最后，利用计算流体力学(CFD)程序或软件(如CFX、Fluent等)计算三维流场，获得进气道性能参数。这一过程涉及到三维建模、三维网格绘制以及三维CFD计算，十分费时费力，延缓了设计进程。具体参见论文《基于PNS算法的高超声速内转式进气道优化设计》(2017年，《推进技术》期刊)。

发明内容

本发明提供一种超声速流道三维流场计算方法及装置，用于克服现有技术中费时费力、浪费计算资源等缺陷，节约计算时间和计算资源，提高计算速度。

为实现上述目的，本发明提出一种超声速流道三维流场计算方法，包括：

步骤1，预先设计轴对称内收缩的基准流场；

步骤2，根据进气道捕获截面形状在所述基准流场中进行流线追踪，获得三维内转向进气道；

步骤3，离散所述三维内转向进气道中的所述捕获截面，用若干微元流面等效进所述捕获截面；

步骤4，计算每个所述微元流面到所述基准流场中旋成轴的距离，根据该距离在所述基准流场中追踪相应的微元流管；

步骤5，在基准流场中提取每条所述微元流管的坐标信息和流动参数；

步骤6，根据所述微元流管的坐标信息和流动参数，获得三维内转向进气道流场；所述步骤6包括：

步骤61，根据坐标信息，将离散流管上的流动参数进行插值，得到三维内转向进气道流场；

步骤62，在所述三维内转向进气道流场任意一流向截面上，提取各离散的所述微元流管i在该截面处的流动参数，并根据坐标信息进行插值，得到进气道在该截面的二维流动参数；

步骤63，将二维流动参数在该截面积分得到进气道在该流向位置处的一维流动参数，质量平均的流动参数计算公式如下：