[发明专利]一种无激波边界层排移鼓包的设计方法

摘要

本发明提出一种无激波边界层排移鼓包的设计方法，首先给定对称面上压力的最大值和最小值，然后拟合出对称面上的压力曲线，采用特征线的方法求解压力曲线所对应的轴对称外转基准流场。因为在基准流场的求解中采用完全马赫压缩，因此设计出的鼓包在设计点上无激波产生，避免了激波带来的损失；最后基于给定的后缘型线，通过调整各流线的相对位置生成鼓包，达到型面优化的目的。本发明基于压力分布的基准流场设计更具有针对性，设计效率较高；对来流只进行马赫波压缩，避免了激波对来流造成的损失；通过后缘型线的控制改善鼓包对边界层的排移效果。

主权项

一种无激波边界层排移鼓包的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)设计回转体母线的压力分布曲线；给定自由来流条件；定义回转体的转轴为X轴，给定回转体母线在X轴上的投影长度L、回转体母线起始点及其对应的压力值P1、回转体母线上压力值最大的点及其对应的最大压力值P2、回转体母线末端点及其对应的压力值P3；回转体母线起始点也即鼓包的起始点，回转体母线末端点也即鼓包的末端点；给定的参数满足约束：回转体母线起始点的横坐标x1＝0，回转体母线末端点的横坐标x3＝L；回转体母线起始点的压力值P1和回转体母线末端点的压力值P3等于来流的压力P∞，即P1＝P3＝P∞；以回转体母线上压力值最大的点为界，将回转体母线起始点和回转体母线上压力值最大的点之间压力曲线称为压升曲线；将回转体母线上压力值最大的点和回转体母线末端点之间压力曲线称为压降曲线；在压升曲线设计中，采用正弦拟合的方法，将回转体母线起始点作为正弦曲线处于上升段的中心对称点，将回转体母线上压力值最大的点作为正弦曲线的最高点，将回转体母线起始点和回转体母线上压力值最大的点的横坐标x1、x2及回转体母线起始点和回转体母线上压力值最大的点的压力值P1、P2带入正弦函数公式，得到如下方程组：通过求解该公式就能得到压升曲线；在压降曲线求解中将回转体母线上压力值最大的点作为正弦曲线最高点，回转体母线末端点作为正弦曲线处于下降段的中心对称点，同样将回转体母线上压力值最大的点的坐标(x2,P2)和回转体母线末端点的坐标(x3,P3)带入正弦函数公式，计算得到压降曲线；(2)利用逆向特征线法求解轴对称外转压缩基准流场；(3)根据鼓包的宽度和高度确定基准流场中心体的半径；给定鼓包的宽度W，鼓包的长度等于回转体母线投影长度L；在轴对称外转压缩基准流场中求解中心体，中心体为圆柱形，以X轴为转轴，中心体半径r由下式计算得到：r=(Lk)2-(W/2)2]]>(4)根据步骤(3)求解得到的圆柱形中心体，作该圆柱形中心体的切平面，称该切平面为锥导乘波鼓包下表面，该切平面与圆柱中心体交于一直线，称该直线为锥导乘波鼓包下表面对称轴，其长度等于L；锥导乘波鼓包下表面与轴对称外转压缩基准流场的交线为前缘线；锥导乘波鼓包下表面对称轴的起始点同时也是前缘线的中心对称点；过锥导乘波鼓包下表面对称轴的末端点作垂直于锥导乘波鼓包下表面对称轴的直线，并使锥导乘波鼓包下表面对称轴为该直线的垂直平分线，称该直线为锥导乘波鼓包下表面后缘线，其长度等于给定鼓包的宽度W；锥导乘波鼓包下表面后缘线交轴对称外转压缩基准流场于两点，该两点分别是前缘线起始点和前缘线末端点；将前缘线按鼓包展向等距离散，在轴对称外转压缩基准流场中分别以前缘线上离散后得到的各离散点为起点进行流线追踪得到一系列流线，其中以前缘线的中心对称点为追踪起点进行流线追踪得到的流线为对称面流线；经各流线末端点的拟合且与鼓包下表面相切的曲线称为锥导乘波鼓包上表面后缘线；(5)根据给定的后缘型线，重新整合流线得到最终构型；首先，给定鼓包上表面后缘线曲线，然后用鼓包上表面后缘线曲线替换锥导乘波鼓包上表面后缘线；保持鼓包上表面后缘线曲线和对称面流线位置不变，改变步骤(4)中流线追踪得到的其他流线距对称面流线的横向距离，使各流线末端点位于与锥导乘波上表面后缘线上高度相等的点的位置；根据新得到的流线相对位置，通过软件Solidworks曲面放样功能得到关于对称面一半的鼓包型面；最后通过对称得到另一半鼓包的型面，最终形成完整的鼓包型面。