[发明专利]一种基于几何融合的三维变截面弯曲流道设计方法及装置

说明书

本发明公开一种基于几何融合的三维截面弯曲流道设计方法及系统，该方法包括：根据弯曲流道设定的出入口形状，通过数学函数变换获得入口至出口平滑过渡的过渡截面；以截面积的变化率要求为迭代目标通过数值迭代获取过渡截面的缩放因子，获得若干离散过渡截面；出入口之间沿偏置线设至少三个控制点，由出入口的偏置斜率要求采用样条曲线通过控制点移动引入控制点的变量，获得偏置控制线；将离散的过渡截面装配到对应的偏置点上；将出入口及过渡截面的坐标放样成型，获得三维弯曲变截面流道。该方案实现弯曲变截面流道的通用设计，解决了适用性不强的问题，满足入口和出口形状要求，同时也能满足偏置要求，提高适用性。

技术领域

本发明涉及高超声速发动机技术领域，尤其是一种基于几何融合的三维截面弯曲流道设计方法及装置。

背景技术

在高超声速飞行器设计中，燃烧室通常选择圆截面或者椭圆截面，而上游进气道出口有可能是矩形或者异型，这时连接两个部件的隔离段需要起到过渡截面的作用，同时为满足总体布局需求，隔离段入口和出口中心并不位于同一水平面即进出口是偏置的，这时有必要发展相关方法设计出同时满足两者需求的隔离段，设计的弯曲隔离段性能优良将影响着发动机的性能。

高超声速飞行器是以超燃冲压发动机以及组合发动机为动力，能在大气层和跨大气层中实现高超声速飞行的飞行器。高超声速飞行器涵盖高超声速巡航导弹、高超声速飞机、空天飞机等多个层面，隔离段是高超声速飞行器的重要部件，隔离段的作用主要体现在：一方面能隔离燃烧室内较高反压对上游进气道的影响，避免进气道不起动；另一方面能形成并容纳激波串，对来流进一步减速增压，提供高品质的来流。可见，隔离段性能的优良直接关系到推进系统的工作性能。

对于常规隔离段而言，其构型通常是等直等截面，其长度的确定大多采用以下半经验公式公式确定(具体文献“Structure of Shock Waves in Cylindrical Ducts[J],P.J.Waltrup,F.S.Billig,AIAA Journal,1973”)

对于弯曲隔离段的设计，上述半经验公式并不适用。目前关于弯曲隔离段设计的方法主要有：

文献1，航空动力学报,2009年6月第24卷第6期，周慧晨，其中介绍了一种复杂变截面进气道的设计方法，该方法提出了一种基于曲率控制的截面形状生成与过渡技术，可实现进气道任意进口截面形状向出口圆截面的过渡，为复杂截面变化提供了思路；

文献2，参见申请号为：201210447983.4，申请日为：2012.11.09、名称为《超声速转弯流道设计方法》的中国专利文件，该方法根据流道入口和单边壁面曲线，利用特征线法确定对应于单边壁面曲线的对边壁面曲线，根据出口流场参数确定超声速流道壁面曲线，能够获得全流场为超声速的无激波超声速流道。

目前，关于隔离段的设计大多集中于等直，等截面隔离段。对于等直隔离段，通常采用激波串长度经验公式得到隔离段长度，对于弯曲隔离段此时经验公式并不适用。虽然有文献提出了复杂变截面设计方法，但并没有指出弯曲变截面流道的通用设计方法；采用特征线法通常是只能满足入口形状要求，并不能满足出口形状要求。

发明内容

本发明提供一种基于几何融合的三维截面弯曲流道设计方法及装置，用于克服现有技术中适用性不高等缺陷，实现弯曲变截面流道的通用设计，满足入口和出口形状要求，同时也能满足偏置要求，提高适用性。

为实现上述目的，本发明提出一种基于几何融合的三维截面弯曲流道设计方法，包括以下步骤：

步骤1，根据弯曲流道设定的入口形状、出口形状，通过数学函数变换获得入口至出口平滑过渡的过渡截面；

步骤2，以截面积的变化率要求为迭代目标通过数值迭代获取过渡截面的缩放因子，并根据过渡截面的缩放因子获得若干离散过渡截面；