[发明专利]超声速喷管扩张段内型面曲线设计方法

说明书

本申请公开了一种超声速喷管扩张段内型面曲线设计方法。该方法包括：获取超声速喷管扩张段内型面的设计参数；根据设计参数确定前段圆弧；设置五次多项式和五次多项式的计算条件；将所述计算条件和设计参数代入五次多项式中，得到后段曲线；根据所述前段圆弧和所述后段曲线，得到扩张段内型面曲线。本申请解决了三阶扩张段曲线可控参数有限带来的喷管扩张段长度过短的问题，并且保持了较好的气动性能。

技术领域

本申请涉及超声速喷管领域，具体而言，涉及一种超声速喷管扩张段内型面曲线设计方法。

背景技术

超声速喷管扩张段内型面工程设计方法有：双圆弧法、抛物线法、三阶曲线优化法等，其中最常用的是三阶曲线优化法。

三阶曲线优化方法实际上采用的是前段圆弧+后段三次多项式曲线的组合。其中三次多项式曲线常系数由曲线起点坐标、终点坐标、起点处一阶倒数、终点处一阶倒数四个求解参数决定。特别定义了当二次项系数为0时的曲线为最优曲线，即起点处二阶倒数为0。

这在实际工程设计中会带来一些问题：首先由于曲线起终点轴向距离是由曲线起终点斜率和曲线起终点纵向距离共同决定，在扩张段长度上无法做到精确控制；其次由三阶曲线优化法设计的最优曲线并不是真正效率最高的曲线，仍然需要对起终点处一阶倒数进行优化，使得三阶曲线优化法设计的最优曲线并非效率最高。

针对相关技术中三阶扩张段曲线可控参数有限带来的喷管扩张段长度过短的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种超声速喷管扩张段内型面曲线设计方法，以解决三阶扩张段曲线可控参数有限带来的喷管扩张段长度过短的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种超声速喷管扩张段内型面曲线设计方法。

根据本申请的超声速喷管扩张段内型面曲线设计方法包括：获取超声速喷管扩张段内型面的设计参数；根据设计参数确定前段圆弧；设置五次多项式和五次多项式的计算条件；将所述计算条件和设计参数代入五次多项式中，得到后段曲线；根据所述前段圆弧和所述后段曲线，得到扩张段内型面曲线。

进一步的，获取超声速喷管扩张段内型面的设计参数包括：获取喷管喉部直径D_t；获取喷管出口直径D_e；获取前端圆弧半径R；获取扩张段长度L；获取初始扩张半角β；获取出口扩张半角θ。

进一步的，根据设计参数确定前段圆弧包括：根据设计参数中的前端圆弧半径(R)和初始扩张半角(β)确定前段圆弧。

进一步的，设置五次多项式和五次多项式的计算条件包括：设置所述后段曲线起点处坐标为{0、0}；设置后段曲线五次多项式为y＝Ax¹+Bx²+Cx³+Dx⁴+Ex⁵；设置所述后段曲线的起点处斜率为tanβ、终点处斜率为tanθ；令所述后段曲线在起点和终点处斜率的变化率为0；令所述后段曲线终点坐标为：{X_m＝L-R*sinβ、Y_m＝De/2-Dt/2-R*(1-cosβ)}。

进一步的，将所述计算条件和设计参数代入五次多项式中，得到后段曲线包括：将所述计算条件代入五次多项式中；按照五次多项式联立，并求解得到求解参数：

将所述设计参数和求解参数代入五次多项式中，得到所述后段曲线。