[发明专利]一种单对超声速流向旋涡发生装置的设计方法

摘要

本发明公开了单对超声速流向旋涡发生装置的设计方法。其中指定上壁面圆弧半径，将旋涡发生段划分成多个等偏转角的微元段，通过求解超声速圆弧外流场，从过渡段下壁面终点开始，向下游逐步求解流线方程，获得初始下壁面型线，然后将当地边界层位移厚度叠加至初始下壁面型线，得到最终的下壁面型面；之后，确定等效扩张角，设计试验窗口上下壁面型线。本设计方法利用超声速圆弧外流场流线构造旋涡发生段，避免旋涡发生段内产生不必要的背景波系，仅需改变旋涡发生段曲率半径即可实现对超声速流向旋涡强度、尺度的控制。为开展超燃冲压发动机内超声速流向旋涡的特性及其与下游激波串的干扰机理试验研究提供了一种切实可行的试验装置设计方法。

主权项

1.一种单对超声速流向旋涡发生装置的设计方法，其特征在于：该单对超声速流向旋涡发生装置包括依次连接的拉瓦尔喷管(1)、过渡段(2)、旋涡发生段(3)、试验窗口；其中，旋涡发生段(3)的设计包括以下步骤：(1).根据拉瓦尔喷管出口马赫数与试验窗口马赫数需求，通过普朗特‑梅耶关系式计算得到旋涡发生段(3)总偏转角θ；(2).将旋涡发生段(3)的总偏转角θ平均分为n份分偏转角Δθ，每份分偏转角Δθ对应一圆弧微元段；(3).设定旋涡发生段上壁面(5)曲率半径为R；(4).以旋涡发生段内第一道右行膨胀波L₁起点A₁为原点建立直角坐标系，该直角坐标系的两个坐标轴为x轴和y轴，以旋涡发生段(3)出口气流方向(7)为x轴正向；(5).根据拉瓦尔喷管出口马赫数，计算得到第一道右行膨胀波L₁的直线方程，右行膨胀波L₁与过渡段(2)下壁面交点即旋涡发生段下壁面弯曲起始点B₁；(6).根据拉瓦尔喷管出口马赫数、总静温关系式及能量方程求解出第一道右行膨胀波L₁后的流场参数；(7).根据圆弧半径R与分偏转角Δθ的几何关系，求解第二道右行膨胀波L₂起点A₂坐标；并按照该关系求解第n道右行膨胀波L₂起点A_n坐标；(8).根据第(6)步已求得的L₁后流场参数，求解第二道右行膨胀波L₂的直线方程；(9).根据第(6)步已求得的L₁后流场参数，求解流线m₂的直线方程；(10).联立L₂、m₂直线方程，得第二道右行膨胀波L₂与过渡段(2)下壁面交点B₂；(11).重复第(6)‑(10)步，分别求解B₃，B₄…B_n的坐标；其中B_n即分别为第n道右行膨胀波与过渡段(2)下壁面的交点；(12).基于求解的流场参数，计算当地边界层位移厚度，放大A₁～A_n和B₁～B_n所形成流道的面积。