[发明专利]一种超声速流道设计方法及装置

摘要

本发明涉及一种超声速流道设计方法及装置，该方法包括：步骤S1，生成基准流场型面；步骤S2，计算步骤S1中获得的基准流场；步骤S3，利用流线追踪法生成三维内转向进气道；步骤S4，计算步骤S3中获得的三维内转向进气道流场；步骤S5，利用优化算法重复迭代步骤S1至步骤S5，获得满足流量捕获性能、几何参数以及气动性能的三维内转向进气道。与现有技术相比，该方法能够解决传统进气道设计没有直接以进气道的气动性能为目标，从基准流场性能出发的设计难以保证进气道具有同样的性能，并且经验性较强难以保证进气道性能达到最优值，以及内转向进气道其总收缩比和内收缩比不可控的问题。

主权项

1.一种超声速流道设计方法，包括以下步骤：S1，根据预设控制参数通过参数化方法产生一组自由控制点，用样条曲线连接所述控制点生成基准流场型面；S2，针对S1得到的基准流场型面绘制计算网格，通过计算流体动力学方法数值计算所述基准流场型面获得基准流场，根据所述基准流场获得进气道的流量捕获性能参数；S3，利用预设的捕获型线采用流线追踪法在所述基准流场中流线追踪，生成三维内转向进气道并获得进气道几何参数；S4，对所述三维内转向进气道进行数值计算，获得三维内转向进气道流场，从所述三维内转向进气道流场中提取进气道的气动性能参数；S5，针对所述流量捕获性能参数、进气道气动性能参数、进气道几何参数与设计目标比较，进行评估；将所述评估结果输出至优化算法，由优化算法根据评估结果输出另一组自由控制点，重复步骤S1‑步骤S5，直到流量捕获性能参数、进气道几何参数以及进气道气动性能参数与设计目标比较的评估结果均收敛，获得若干组控制参数，根据若干组控制参数生成满足流量捕获性能参数、进气道几何参数以及进气道气动性能参数的三维内转向进气道；所述步骤S1包括：步骤11，根据一部分所述预设控制参数获取基准流场壁面型线；根据公式：获得点H位置；点H表示基准流场出口上边界点；其中：r_I为基准流场出口下边节点的径向坐标，范围为0<r_I<0.1、r_B为中心体高度、r_C为进气道入口高、CR_total为基准流场总收缩比；根据公式：获得点E位置；点E表示基准流场外压缩段边界；其中：r_D为中心体高度，即点D的径向坐标，满足r_D＝r_B，CR_inner为基准流场内收缩比，L_HI＝r_H‑r_I；步骤12，根据另一部分所述预设控制参数获取自由控制点F1、F2、F3、F4、F5、F6坐标；根据公式：tanθ₁＝(r_C‑r_F1)/(x_F1‑x_C)                          (3)获取控制点F1的径向坐标r_F1；其中：θ₁为初始压缩角，范围设定为0～15度；C点的水平坐标为x_C，D点的水平坐标为x_D，控制点F1的水平坐标满足x_F1＝x_D/3；控制点F2的径向坐标r_F2范围设定为r_C<r_F2<r_E；控制点F2的水平坐标满足x_F2＝2x_D/3；根据公式：获取控制点F3的径向坐标r_F3；控制点F5的水平坐标自由，范围设定为x_F3<x_F5<x_H，x_F3、x_F5、x_H依次表示F3、F5、H点的水平坐标，控制点F5的径向坐标满足r_F5＝r_H；根据公式：获取控制点F4的径向坐标r_F4，其中唇口角θ₃的范围为0°≤θ₃≤10°，控制点F4的水平坐标满足x_F4＝(x_I‑x_D)/3；控制点F6的水平坐标自由，范围为x_F4<x_F6<x_I，x_I表示I点水平坐标，径向坐标满足r_F6＝r_I。