[发明专利]一种使用三次多项式扩充乘波体容积的方法

说明书

一种使用三次多项式扩充乘波体容积的方法，其实现方法是保持乘波体下表面不变，采用三次多项式构建“凸”的上表面，替换在自由流中追踪的上表面以增大容积。设定上表面的建模轮廓线包括中央部分龙骨线、横截面截线，均使用三次多项式表达，多项式的系数通过首末两点的位置和斜率决定。结合前缘轮廓线，可以得到上表面的表达形式。在保证上表面光滑连续的基础上，可提取的设计参数包括后缘厚度、头部倾角以及侧缘倾角，通过改变设计参数可生成具有不同容积的乘波体外形。与生成厚度更大的乘波下表面相比，这种扩充上表面的方法使得外形的升阻比损失更小。

技术领域

本发明涉及高超声速气动设计领域，特别是乘波体布局形式。

背景技术

飞行器在高超声速飞行时会出现比较强的激波，一般来说，激波的存在导致波阻，使高超声速时的阻力增加；但另一方面，波后流场压力升高，这一特性的合理利用可以提高升力，乘波体就是利用这种性质的典型外形。它通过附着激波阻止下表面高压气体到上表面的泄露，从而将流场沿前缘上下分割为两个独立的问题：下表面是乘波面，为升力的主要提供者；上表面可沿自由流追踪流线生成，也有学者生成马赫膨胀面，进一步提高升力。

乘波体因高升阻比特性受到国内外广泛关注，但容积较小一直限制其工程应用。大部分研究中扩充乘波体容积的方法是设计下表面，通过增加基准流场的激波角，或修改激波出口型线，增加乘波下表面的厚度，但这样处理会极大地增加阻力，而且对进气道安装造成不利影响。

发明内容

本发明的技术解决问题是：通过三次多项式重建上表面，提高乘波体的装载空间，并减小升阻比损失。

本发明的技术解决方案是：一种使用三次多项式扩充乘波体容积的方法，乘波体的下表面乘波面保持不变，使用三次多项式构建“凸”的上表面以替换乘波体的上表面自由流面。

优选的，所述的上表面通过下述方式构建：

根据下表面前缘离散点，通过拟合的展向和高度方向位置表达式表示拟合的前缘线；

使用三次多项式构造上表面龙骨线，即乘波体中央对称面处的纵向截线；根据首末两点的位置和斜率并保证后缘处平滑，确定三次多项式的系数；

使用三次多项式构造横截面截线，根据拟合的前缘线确定横截面截线首末两点的位置和斜率，根据首末两点的位置和斜率并保证对称面光滑，确定三次多项式的系数。

优选的，各位置横截面截线三次多项式的系数相同。

进一步的，上表面曲面的表达式为：

x，y为乘波体纵向、展向位置，限定在前缘线le(x)与龙骨线k(x)包围的区间内；系数a₀,b₀,c₀,d₀为龙骨线三次多项式的系数和a₁,b₁,c₁,d₁为横截面截线三次多项式的系数。

进一步的，将后缘厚度、头部倾角以及侧缘倾角作为控制参数，通过改变控制参数，得到不同乘波体容积。

本发明适用高超声速飞行器乘波体布局。

本发明与现有技术相比有益效果为：

本发明根据很多乘波体的最大升阻比并不是在设计状态的0°攻角取到，而是在大约2-6°之间，此时上表面为背风面，气流被遮挡，上表面扩容对外形的气动性能影响较小的思路，提出一种采用三次多项式构建上表面的方法，提取设计参数生成“凸”的曲面，以提高容积。CFD验证表明，与扩充下表面的方法相比，这种改变上表面扩容的方法在提高同等容积的基础上具有更小的升阻比损失。具体：

(1)通过替换上表面，使得乘波体正攻角飞行时，对下表面乘波性能的影响降低到最低。