[发明专利]一种幂次乘波体的纵向稳定性优化方法及系统

说明书

本发明公开了一种幂次乘波体的纵向稳定性优化方法及系统，所述方法包括沿目标分割面将原始流场的流线簇分割形成第一流线簇段以及第二流线簇段；所述目标分割面与基准平面平行，所述第一流线簇段用于采用流线追踪方式生成幂次乘波体下表面的头部段，所述原始流场为以目标升阻比为优化目标获得的幂次乘波体对应的流场。本申请实施例将原始流场的流线簇进行分段处理，通过增大原始流场的流线在尾部的“下凸”特征，进而提高幂次乘波体的纵向稳定度，同时由于原始流场的流线的头部段保持不变，维持了整个原始流场激波形状和头部的流线形状，使得头部波阻和整个乘波体的升阻比变化较小。

技术领域

本发明涉及乘波构型优化技术领域，特别是涉及一种幂次乘波体的纵向稳定性优化方法及系统。

背景技术

在高超声速条件下，由于常规外形的飞行器在超音速流中前缘大都是脱体激波，激波前后存在的压差使得常规外形的飞行器上的波阻非常大，飞行器将遭受极大的摩阻和波阻，升阻比提升十分困难，会面临难以逾越的“升阻比屏障”。为了解决上述问题，乘波构型的飞行器应运而生。乘波构型也称为乘波体，是一种适宜高超音速飞行的飞行器外形，其所有的前缘都具有附体激波。乘波构型飞行时其前缘平面与激波的上表面重合，就像骑在激波的波面上，依靠激波的压力产生升力。由于乘波体的上表面与自由流面同面，所以不会形成大的压差阻力。因此，乘波体被认为是最有希望打破高超声速“升阻比屏障”的一种新型气动布局。

乘波体的设计与常规的由外形决定流场再去求解的方法相反，是需要先计算出基准流场，然后再推导出乘波体外形。在基准流场中先给定一条飞行器的前缘线，然后通过流线追踪得到乘波体飞行器的下表面，上表面一般与自由来流平行。目前在乘波体的构型和优化设计过程中，升阻比和容积率是主要的优化目标，而对于乘波体飞行器的稳定性则在设计中关注较少。

研究表明，乘波体的纵向静稳定性与构成乘波体下表面的流线“凹凸”特性有关，“内凹”型流线不利于乘波体的纵向静稳定，而“外凸”型流线有利于乘波体的纵向静稳定。基于幂次锥型流场推导出的幂次乘波体由于其下表面流线具有“外凸”特性，因此，不仅能够获得较大的容积率，也能获得满足纵向静稳定的气动布局。

在推导幂次乘波体的过程中，通过改变基准轴对称幂次体的“下凸”特征，即可控制基准流场波后流线的“下凸”特性，从而改变纵向稳定性。然而，如果乘波体头部流线过于“下凸”，尽管纵向稳定性提升，但由于头部波阻较大，升阻比显著降低；如果头部流线“下凸”特性减弱，升阻比较大，但生成的原始尖前缘乘波体纵向稳定度较低，在前缘钝化后往往不满足纵向静稳定要求。

因此，如何在提高幂次乘波体的纵向稳定度的同时，降低对乘波体升阻比的影响，是迫切需要本领域技术人员解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种幂次乘波体的纵向稳定性优化方法及系统。

本发明提供了如下方案：

一种幂次乘波体的纵向稳定性优化方法，包括：

沿目标分割面将原始流场的流线簇分割形成第一流线簇段以及第二流线簇段；所述目标分割面与基准平面平行，所述第一流线簇段用于采用流线追踪方式生成幂次乘波体下表面的头部段，所述原始流场为以目标升阻比为优化目标获得的幂次乘波体对应的流场；

保持所述第一流线簇段的各个流线的流型以及所述第一流线簇段与所述第二流线簇段在所述目标分割面上的各个分割点的位置不变，通过调整所述第二流线簇段的各个流线的流型生成第三流线簇段，对幂次乘波体纵向稳定性进行优化；

追踪所述第一流线簇段以及所述第三流线簇段生成目标幂次乘波体。

优选地：获取形成所述原始流场的原始幂次轴对称体的幂函数曲线；

沿目标分割点将所述幂函数曲线分割形成第一曲线段以及第二曲线段；所述目标分割点为根据所述第二曲线段在水平面的投影长度所确定；