專利名稱：滑塊式變馬赫數(shù)噴管及其壁面確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲速噴管設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種滑塊式變馬赫數(shù)噴管及其壁面確定方法。
背景技術(shù)：
超聲速噴管廣泛的應(yīng)用于高速飛機(jī)、火箭、超聲速風(fēng)洞、高能激光器、引射真空泵等設(shè)備中，噴管流場(chǎng)品質(zhì)對(duì)設(shè)備的性能具有重要的影響。通過(guò)一定的設(shè)計(jì)技術(shù)獲取適當(dāng)?shù)膰姽鼙诿媲€可以大大改善噴管流場(chǎng)品質(zhì)，提高設(shè)備性能，節(jié)省研究經(jīng)費(fèi)。超聲速噴管一般由收縮段和擴(kuò)張段組成，在一定壓力驅(qū)動(dòng)下，氣體在收縮段逐漸加速，并在喉部附近達(dá)到聲速，然后在擴(kuò)張段繼續(xù)加速，直至在出口形成所需要馬赫數(shù)和流動(dòng)方向角分布的超聲速氣流。
隨著現(xiàn)代空氣動(dòng)力學(xué)的高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，連續(xù)變馬赫數(shù)噴管具有越來(lái)越重要的應(yīng)用前景。特別是在風(fēng)洞領(lǐng)域，配有連續(xù)變馬赫數(shù)噴管的風(fēng)洞可以模擬飛行器加速、減速、巡航等狀態(tài)，一次實(shí)驗(yàn)相當(dāng)于傳統(tǒng)單馬赫數(shù)噴管幾十次甚至上百次實(shí)驗(yàn)，而且更接近實(shí)際的飛行環(huán)境。
當(dāng)前二維變馬赫數(shù)噴管主要采用相對(duì)成熟的撓性噴管(柔壁噴管)技術(shù)。撓性噴管的壁面為具有一定剛度的薄板，薄板的形狀由若干支點(diǎn)控制，通過(guò)改變支點(diǎn)的位置實(shí)現(xiàn)噴管型面的改變，進(jìn)而獲得不同的出口馬赫數(shù)。但是，現(xiàn)有撓性噴管的作動(dòng)機(jī)構(gòu)十分復(fù)雜，每一個(gè)工作馬赫數(shù)都需要大量的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行型面調(diào)整和流場(chǎng)校測(cè)，而且出口馬赫數(shù)均勻度不聞。
另外一種應(yīng)用較少的技術(shù)是專著《風(fēng)洞設(shè)計(jì)原理》(伍榮林、王振羽編著，北京航空學(xué)院出版社，1985年)給出的滑塊式噴管。這種噴管通過(guò)調(diào)整位于收縮段中的滑塊的前后移動(dòng)，形成尺寸不同的喉部截面，并使滑塊與外壁共同構(gòu)成不同的噴管曲線。但是，現(xiàn)有滑塊式噴管僅僅通過(guò)流量和馬赫數(shù)的關(guān)系式約束噴管曲線，未考慮流動(dòng)的二維與三維特征，流場(chǎng)品質(zhì)無(wú)法保證，非設(shè)計(jì)點(diǎn)馬赫數(shù)不均勻度高達(dá)20%-30%以上，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可信度影響很大。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種滑塊式變馬赫數(shù)噴管及其壁面確定方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中滑塊式變馬赫數(shù)噴管的流場(chǎng)品質(zhì)不好，非設(shè)計(jì)點(diǎn)馬赫數(shù)不均勻度高的問(wèn)題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種滑塊式變馬赫數(shù)噴管壁面確定方法，包括:步驟10:根據(jù)噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，確定部分壁面曲線作為固定壁面曲線，并確定滑塊導(dǎo)軌壁面線、與該固定壁面曲線相配合的滑塊壁面曲線、以及滑塊進(jìn)動(dòng)距離與噴管出口馬赫數(shù)的關(guān)系曲線；步驟20:根據(jù)滑塊進(jìn)動(dòng)距離與噴管出口馬赫數(shù)的關(guān)系曲線，利用特征線法確定滑塊處于當(dāng)前位置時(shí)所對(duì)應(yīng)的待求壁面曲線；步驟30:沿遠(yuǎn)離噴管的出口的方向改變滑塊在滑塊導(dǎo)軌上的位置，使得當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)的取值區(qū)間覆蓋滑塊進(jìn)動(dòng)距離與噴管出口馬赫數(shù)關(guān)系曲線中的出口馬赫數(shù)的所有值，確定各段待求壁面曲線；步驟40:根據(jù)滑塊導(dǎo)軌壁面線、固定壁面曲線、與該固定壁面曲線相配合的滑塊壁面曲線、以及各段待求壁面曲線確定滑塊式變馬赫數(shù)噴管壁面曲線。進(jìn)一步地，步驟10還包括:步驟11:根據(jù)噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求確定滑塊導(dǎo)軌壁面線出口端的端點(diǎn)，將滑塊在滑塊導(dǎo)軌上移動(dòng)一段初始距離，然后確定滑塊壁面曲線上任一點(diǎn)在滑塊導(dǎo)軌壁面線上的投影點(diǎn)的坐標(biāo)作為進(jìn)動(dòng)距離為零時(shí)的初始點(diǎn)的坐標(biāo)；步驟12:根據(jù)噴管工作馬赫數(shù)范圍確定噴管出口最低設(shè)計(jì)馬赫數(shù)，采用特征線法確定最低設(shè)計(jì)馬赫數(shù)時(shí)的一段噴管壁面曲線，并以該噴管壁面曲線作為固定壁面曲線。進(jìn)一步地，步驟12包括:步驟121:根據(jù)噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求確定噴管出口高度和噴管出口面積，并確定固定壁面曲線出口處的端點(diǎn)坐標(biāo)；步驟122:根據(jù)滑塊導(dǎo)軌壁面線、滑塊壁面曲線和噴管出口邊界采用特征線法求解噴管壁面曲線，該噴管壁面曲線上出口端的端點(diǎn)是固定壁面曲線出口處的端點(diǎn)；步驟123:在利用特征線法所確定的噴管壁面曲線上選取一點(diǎn)，該點(diǎn)的馬赫數(shù)大于給定的滿足噴管超聲速設(shè)計(jì)要求的一個(gè)馬赫數(shù)，該點(diǎn)為固定壁面曲線上遠(yuǎn)離出口端的端點(diǎn)，并以該固定壁面曲線的出口處的端點(diǎn)和固定壁面曲線上遠(yuǎn)離出口端的端點(diǎn)之間的噴管壁面曲線作為固定壁面曲線。進(jìn)一步地，步驟20包括:步驟21:根據(jù)最低設(shè)計(jì)馬赫數(shù)確定噴管出口流場(chǎng)參數(shù)，根據(jù)噴管出口流場(chǎng)參數(shù)采用特征線法確定固定壁面曲線遠(yuǎn)離出口的一端的端點(diǎn)開(kāi)始的逆推特征線；步驟22:根據(jù)最低設(shè)計(jì)馬赫數(shù)采用特征線法確定跨聲速特征線；步驟23:根據(jù)逆推特征線和跨聲速特征線采用特征線法確定最低設(shè)計(jì)馬赫數(shù)對(duì)應(yīng)的噴管的待求壁面曲線。進(jìn)一步地，步驟22包括:步驟221:根據(jù)噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求確定噴管的入口高度，根據(jù)噴管入口高度確定噴管亞聲速段的壁面曲線的入口端點(diǎn)的坐標(biāo)；步驟222:根據(jù)噴管壁面曲線入口端點(diǎn)坐標(biāo)靠近噴管入口端的端點(diǎn)的坐標(biāo)采用二階連續(xù)曲線法求解當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)下的噴管亞聲速段壁面曲線；步驟223:根據(jù)當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)和噴管亞聲速段壁面曲線確定當(dāng)前待求壁面曲線靠近噴管入口端的端點(diǎn)的坐標(biāo)，噴管亞聲速段的壁面曲線的入口端點(diǎn)和待求壁面曲線靠近噴管入口端的端點(diǎn)所截取的噴管亞聲速段壁面曲線作為當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)下的亞聲速段壁面曲線；步驟224:根據(jù)噴管亞聲速段壁面曲線采用CFD方法確定噴管亞聲速段流場(chǎng)，繼而確定跨聲速初值線；步驟225:根據(jù)跨聲速初值線采用saure方法確定跨聲速特征線。進(jìn)一步地，步驟30包括:步驟31:將滑塊在滑塊導(dǎo)軌上移動(dòng)單位進(jìn)動(dòng)距離，根據(jù)滑塊進(jìn)動(dòng)距離與噴管出口馬赫數(shù)關(guān)系曲線確定當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)；步驟32:根據(jù)當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)確定噴管出口流場(chǎng)參數(shù)，根據(jù)出口流場(chǎng)參數(shù)采用特征線法求解逆推特征線，逆推特征線的初始點(diǎn)為固定壁面靠近滑塊一端的端點(diǎn)；步驟33:根據(jù)當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)，采用特征線法確定噴管跨聲速特征線；步驟34:根據(jù)跨聲速特征線和逆推特征線采用特征線法確定當(dāng)前待求壁面曲線。進(jìn)一步地，特征線法包括預(yù)估步和校正步，校正步根據(jù)預(yù)估步的結(jié)果進(jìn)行校正。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種滑塊式變馬赫數(shù)噴管，滑塊式變馬赫數(shù)噴管的壁面由上述的滑塊式變馬赫數(shù)噴管壁面確定方法確定。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種滑塊式變馬赫數(shù)噴管，包括滑塊導(dǎo)軌、可移動(dòng)地設(shè)置在滑塊導(dǎo)軌上的滑塊、第一壁面和連接壁面，連接壁面連接在滑塊導(dǎo)軌與第一壁面之間，兩個(gè)連接壁面分別位于滑塊導(dǎo)軌的寬度方向上的兩側(cè)，第一壁面包括固定壁面和待求壁面，固定壁面根據(jù)固定壁面曲線延展后得到，待求壁面根據(jù)滑塊進(jìn)動(dòng)距離與噴管出口馬赫數(shù)的關(guān)系曲線利用特征線法確定的待求壁面延展后得到。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案能夠?qū)崿F(xiàn)如下技術(shù)效果:根據(jù)噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，確定滑塊導(dǎo)軌壁面線、固定壁面曲線、與該固定壁面曲線相配合的滑塊壁面曲線以及滑塊進(jìn)動(dòng)距離與噴管出口馬赫數(shù)的關(guān)系曲線；根據(jù)滑塊進(jìn)動(dòng)距離與噴管出口馬赫數(shù)的關(guān)系曲線利用特征線法確定滑塊處于當(dāng)前位置時(shí)所對(duì)應(yīng)的待求壁面曲線；改變滑塊在滑塊導(dǎo)軌上的位置，逐步確定各段待求壁面曲線；根據(jù)固定壁面曲線、與該固定壁面曲線相配合的滑塊壁面曲線以及各段待求壁面曲線確定滑塊式變馬赫數(shù)噴管的壁面。本方法直接給定滑塊進(jìn)動(dòng)距離與噴管出口馬赫數(shù)的關(guān)系曲線，而不是事后驗(yàn)證相關(guān)曲線，簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程，采用特征線法確定各個(gè)馬赫數(shù)下的壁面曲線，保證噴管出口馬赫數(shù)與滑塊的位置關(guān)系符合給定的關(guān)系曲線，同時(shí)本發(fā)明的確定方法確定的滑塊變馬赫數(shù)噴管不涉及復(fù)雜的撓性控制機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，也克服了傳統(tǒng)的一維設(shè)計(jì)噴管的流場(chǎng)不均勻問(wèn)題。


構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:圖1示出了本發(fā)明的滑塊式變馬赫數(shù)噴管壁面確定方法的固定壁面曲線、滑塊導(dǎo)軌和滑塊壁面曲線的示意圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的滑塊式變馬赫數(shù)噴管壁面確定方法形成的第一段待求壁面曲線的示意圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的滑塊式變馬赫數(shù)噴管壁面確定方法的跨聲速特征線的求解方法的示意圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的滑塊式變馬赫數(shù)噴管壁面確定方法形成第二段待求壁面曲線的示意圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的滑塊式變馬赫數(shù)噴管壁面確定方法形成第三段待求壁面曲線的示意圖；以及圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的滑塊式變馬赫數(shù)噴管壁面確定方法的特征線方程的求解過(guò)程的示意圖。
具體實(shí)施例方式下文中將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。在本發(fā)明中，超聲速段的馬赫數(shù)大于1.2，亞聲速段的馬赫數(shù)小于0.8，跨聲速段的馬赫數(shù)介于0.8至1.2之間。單位進(jìn)動(dòng)距離的取值由固定壁面曲線遠(yuǎn)離出口一端的端點(diǎn)到滑塊壁面曲線上的垂直距離通過(guò)膨脹比的約束選定。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，滑塊式變馬赫數(shù)噴管的壁面通過(guò)以下方法確定。首先，根據(jù)噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求給定滑塊進(jìn)動(dòng)距離與噴管出口馬赫數(shù)的關(guān)系曲線X-Ma，根據(jù)噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，確定滑塊導(dǎo)軌壁面線1-2、滑塊壁面曲線。參見(jiàn)圖1，根據(jù)需要滿足的滑塊進(jìn)動(dòng)距離與噴管出口馬赫數(shù)的關(guān)系曲線X-Ma確定噴管的最低設(shè)計(jì)馬赫數(shù)，根據(jù)滑塊導(dǎo)軌壁面線1-2和滑塊壁面曲線采用特征線法確定最低設(shè)計(jì)馬赫數(shù)下噴管的固定壁面曲線3-4。固定壁面曲線3-4的確定步驟為:首先，根據(jù)噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求確定噴管出口高度和噴管出口位置，進(jìn)而確定滑塊導(dǎo)軌壁面線1-2上的出口端的端點(diǎn)I的坐標(biāo)、固定壁面曲線3-4出口端的端點(diǎn)3的坐標(biāo)和出口邊界及出口邊界的參數(shù)，其中出口邊界的參數(shù)包括出口馬赫數(shù)、出口壓強(qiáng)等；根據(jù)噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求確定滑塊壁面曲線末端的端點(diǎn)在滑塊導(dǎo)軌壁面線1-2上的投影點(diǎn)與滑塊導(dǎo)軌壁面線1-2上的出口端的端點(diǎn)I之間的距離，并以該距離作為初始距離，將滑塊在滑塊導(dǎo)軌上移動(dòng)一段初始距離，并確定滑塊壁面曲線上任一點(diǎn)作為進(jìn)動(dòng)距離參考點(diǎn)，該參考點(diǎn)在滑塊導(dǎo)軌壁面線1-2上的投影點(diǎn)的坐標(biāo)作為滑塊進(jìn)動(dòng)距離為零的初始點(diǎn)的坐標(biāo)；在本實(shí)施例中，確定滑塊壁面曲線末端端點(diǎn)(即滑塊壁面曲線上靠近噴管出口端的端點(diǎn))為參考點(diǎn)，以滑塊壁面曲線末端端點(diǎn)在滑塊導(dǎo)軌壁面線1-2上的投影點(diǎn)的坐標(biāo)為進(jìn)動(dòng)距離為零的初始點(diǎn)的坐標(biāo)。其次，根據(jù)滑塊導(dǎo)軌壁面線1-2、滑塊壁面曲線和出口馬赫數(shù)采用特征線法確定由固定壁面曲線出口端的端點(diǎn)3出發(fā)的噴管壁面曲線，此時(shí)，出口馬赫數(shù)為噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求中確定的最低設(shè)計(jì)馬赫數(shù)。然后，根據(jù)噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求確定固定壁面曲線3-4上遠(yuǎn)離出口端的端點(diǎn)4的坐標(biāo)，該端點(diǎn)4與固定壁面曲線3-4出口端的端點(diǎn)3所截取的已求的噴管壁面曲線即為固定壁面曲線3-4，且該端點(diǎn)4上的馬赫數(shù)的值應(yīng)大于一個(gè)給定值，該給定值使得噴管從端點(diǎn)4開(kāi)始至噴管出口之間的噴管段均為超聲速段，在本實(shí)施例中該給定值為1.05。如圖2所示，在確定最低設(shè)計(jì)馬赫數(shù)的噴管的固定壁面曲線3-4之后，可以根據(jù)滑塊進(jìn)動(dòng)距離與噴管出口馬赫數(shù)的關(guān)系曲線X-Ma，利用特征線法確定滑塊處于進(jìn)動(dòng)距離為零的位置時(shí)所對(duì)應(yīng)的待求壁面曲線4-t。其步驟為:根據(jù)最低設(shè)計(jì)馬赫數(shù)確定噴管出口流場(chǎng)參數(shù)，根據(jù)出口流場(chǎng)參數(shù)、滑塊導(dǎo)軌壁面線1-2、滑塊壁面曲線和固定壁面曲線3-4采用特征線法求解逆推特征線4-5，該逆推特征線4-5的起點(diǎn)為固定壁面曲線上遠(yuǎn)離出口的一端的端點(diǎn)4。結(jié)合參見(jiàn)圖3，根據(jù)噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求確定噴管的入口高度，從而確定亞聲速段的噴管入口端的壁面曲線的端點(diǎn)a的坐標(biāo)；根據(jù)端點(diǎn)a采用二階連續(xù)曲線法或采用雙三次曲線法或維氏曲線法或樣條曲線法等其他求解噴管亞聲速段壁面曲線的方法確定噴管亞聲速段壁面曲線；根據(jù)滑塊壁面曲線、噴管亞聲速段壁面曲線和喉部聲速線形狀確定最低設(shè)計(jì)馬赫數(shù)下的噴管喉部點(diǎn)t的坐標(biāo)，端點(diǎn)a和喉部點(diǎn)t所截取的亞聲速段曲線即為噴管的最低設(shè)計(jì)馬赫數(shù)下的亞聲速段壁面曲線；根據(jù)亞聲速段壁面曲線采用CFD方法確定噴管亞聲速段流場(chǎng)，繼而確定跨聲速初值線，根據(jù)該跨聲速初值線采用saure方法確定跨聲速特征線t_6。根據(jù)跨聲速特征線t-6和逆推特征線4-5采用特征線法求解最低設(shè)計(jì)馬赫數(shù)下的待求壁面曲線4-t。其中跨聲速特征線t-6與滑塊壁面曲線的交點(diǎn)6和逆推特征線4-5與滑塊壁面曲線的交點(diǎn)5可以為同一點(diǎn)，也可以為不同的兩個(gè)點(diǎn)。參見(jiàn)圖4，在確定最低設(shè)計(jì)馬赫數(shù)的噴管的第一段待求壁面曲線4-t之后，可以將滑塊沿滑塊導(dǎo)軌壁面線向噴管上游移動(dòng)單位進(jìn)動(dòng)距離，也即向靠近噴管入口的方向移動(dòng)單位距離，該單位進(jìn)動(dòng)距離的取值由固定壁面曲線遠(yuǎn)離出口一端的端點(diǎn)3到滑塊壁面曲線上的垂直距離通過(guò)膨脹比的約束選定。根據(jù)進(jìn)動(dòng)距離與噴管出口馬赫數(shù)關(guān)系曲線X-Ma確定滑塊處在當(dāng)前位置時(shí)的當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)。
第一段待求壁面曲線4-t和固定壁面曲線3-4組成的新的固定壁面曲線3-t，根據(jù)新的固定壁面曲線3-t和噴管出口點(diǎn)3處當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)，利用特征線法，確定新的逆推特征線t-5’，根據(jù)當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)和噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求確定噴管的入口高度，從而確定噴管亞聲速段的壁面曲線的入口端的端點(diǎn)a’的坐標(biāo)；根據(jù)端點(diǎn)a’采用二階連續(xù)曲線法或其他求解噴管新的亞聲速段壁面曲線的方法確定噴管新的亞聲速段壁面曲線；根據(jù)滑塊壁面曲線和新的亞聲速段壁面曲線確定與之對(duì)應(yīng)的當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)下的噴管喉部點(diǎn)t’的坐標(biāo)，根據(jù)端點(diǎn)a’和喉部點(diǎn)t’所截取的噴管亞聲速段壁面曲線作為當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)下的噴管亞聲速段壁面曲線，根據(jù)新的亞聲速段壁面曲線采用CFD方法確定新的噴管亞聲速段流場(chǎng)，繼而確定新的跨聲速初值線，根據(jù)新的跨聲速初值線采用saure方法確定新的跨聲速特征線t，-6，。
根據(jù)新的跨聲速特征線t’ -6’和新的逆推特征線t_5’采用特征線法求解當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)下的待求壁面曲線t_t’。
參加圖5，在確定噴管的第二段待求壁面曲線t_t’之后，可以再將滑塊沿滑塊導(dǎo)軌壁面線向上游移動(dòng)單位進(jìn)動(dòng)距離，也即向靠近噴管入口的方向移動(dòng)單位進(jìn)動(dòng)距離，并確定新的當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)和新的固定壁面曲線3-t’，并確定新的逆推特征線t’-5”和新的跨聲速特征線t”-6”，采用特征線法求解待求壁面曲線t’ -t”。
依次重復(fù)上述步驟，直至當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)的值覆蓋整個(gè)進(jìn)動(dòng)距離與噴管出口馬赫數(shù)關(guān)系曲線X-Ma中的所有馬赫數(shù)的值。根據(jù)各段待求壁面曲線、固定壁面曲線、滑塊導(dǎo)軌線和滑塊壁面曲線確定噴管的壁面曲線。
求解一個(gè)特征線單元的過(guò)程如圖6所示。
求解一個(gè)特征線單元的過(guò)程如下:
假設(shè)已知曲線上的兩點(diǎn)(Xpi^M1, Θ 1；), (x2, r2, M2, θ2)，需要求解第三點(diǎn)(x3, r3,M3, θ3)時(shí)，可利用圖6所示的過(guò)程進(jìn)行求解。
在求解過(guò)程中，首先根據(jù)預(yù)估步對(duì)第三點(diǎn)進(jìn)行求解，然后對(duì)求解值進(jìn)行校正，獲得校正之后的第二點(diǎn)的坐標(biāo)、馬赫數(shù)和流動(dòng)方向角。
預(yù)估步包括:
先求解(x3，r3)，
μ !=Sin^1(IZM1)`
μ 2 = sirf1 (I/M2)
h^tan [ Θ j+ μ J
h2=tan [ θ 2-μ 2]
根據(jù)差分方程有:
(X3-X1)
r3-r2=h2(X3-X2)
兩式相減可得:
T1-T2= {h2-hj XfXih1-X2Ii2
求得第三點(diǎn)的坐標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種滑塊式變馬赫數(shù)噴管壁面確定方法，其特征在于，包括: 步驟10:根據(jù)噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，確定部分壁面曲線作為固定壁面曲線，并確定滑塊導(dǎo)軌壁面線、與該固定壁面曲線相配合的滑塊壁面曲線、以及滑塊進(jìn)動(dòng)距離與噴管出口馬赫數(shù)的關(guān)系曲線； 步驟20:根據(jù)滑塊進(jìn)動(dòng)距離與噴管出口馬赫數(shù)的關(guān)系曲線，利用特征線法確定滑塊處于當(dāng)前位置時(shí)所對(duì)應(yīng)的待求壁面曲線； 步驟30:沿遠(yuǎn)離噴管 的出口的方向改變滑塊在滑塊導(dǎo)軌上的位置，使得當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)的取值區(qū)間覆蓋滑塊進(jìn)動(dòng)距離與噴管出口馬赫數(shù)的關(guān)系曲線中的出口馬赫數(shù)的所有值，確定各段待求壁面曲線； 步驟40:根據(jù)滑塊導(dǎo)軌壁面線、固定壁面曲線、與該固定壁面曲線相配合的滑塊壁面曲線、以及各段待求壁面曲線確定滑塊式變馬赫數(shù)噴管壁面曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑塊式變馬赫數(shù)噴管壁面確定方法，其特征在于，所述步驟10還包括: 步驟11:根據(jù)噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求確定滑塊導(dǎo)軌壁面線出口端的端點(diǎn)，將滑塊在滑塊導(dǎo)軌上移動(dòng)一段初始距離，然后確定滑塊壁面曲線上任一點(diǎn)在滑塊導(dǎo)軌壁面線上的投影點(diǎn)的坐標(biāo)作為進(jìn)動(dòng)距離為零時(shí)的初始點(diǎn)的坐標(biāo)； 步驟12:根據(jù)噴管工作馬赫數(shù)范圍確定噴管出口最低設(shè)計(jì)馬赫數(shù)，采用特征線法確定最低設(shè)計(jì)馬赫數(shù)時(shí)的一段噴管壁面曲線，并以該噴管壁面曲線作為固定壁面曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的滑塊式變馬赫數(shù)噴管壁面確定方法，其特征在于，所述步驟12包括: 步驟121:根據(jù)噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求確定噴管出口高度和噴管出口面積，并確定固定壁面曲線出口處的端點(diǎn)坐標(biāo)； 步驟122:根據(jù)滑塊導(dǎo)軌壁面線、滑塊壁面曲線和噴管出口邊界采用特征線法求解噴管壁面曲線，該噴管壁面曲線上出口端的端點(diǎn)是固定壁面曲線出口處的端點(diǎn)； 步驟123:在利用特征線法所確定的噴管壁面曲線上選取一點(diǎn)，該點(diǎn)的馬赫數(shù)大于給定的滿足噴管超聲速設(shè)計(jì)要求的一個(gè)馬赫數(shù)，該點(diǎn)為固定壁面曲線上遠(yuǎn)離出口端的端點(diǎn)，并以該固定壁面曲線的出口處的端點(diǎn)和固定壁面曲線上遠(yuǎn)離出口端的端點(diǎn)之間的噴管壁面曲線作為固定壁面曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的滑塊式變馬赫數(shù)噴管壁面確定方法，其特征在于，所述步驟20包括: 步驟21:根據(jù)最低設(shè)計(jì)馬赫數(shù)確定噴管出口流場(chǎng)參數(shù)，根據(jù)噴管出口流場(chǎng)參數(shù)采用特征線法確定固定壁面曲線遠(yuǎn)離出口的一端的端點(diǎn)開(kāi)始的逆推特征線； 步驟22:根據(jù)最低設(shè)計(jì)馬赫數(shù)采用特征線法確定跨聲速特征線； 步驟23:根據(jù)逆推特征線和跨聲速特征線采用特征線法確定最低設(shè)計(jì)馬赫數(shù)對(duì)應(yīng)的噴管的待求壁面曲線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的滑塊式變馬赫數(shù)噴管壁面確定方法，其特征在于，所述步驟22包括: 步驟221:根據(jù)噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求確定噴管的入口高度，根據(jù)噴管入口高度確定噴管亞聲速段的壁面曲線的入口端點(diǎn)的坐標(biāo)；步驟222:根據(jù)噴管壁面曲線入口端點(diǎn)坐標(biāo)靠近噴管入口端的端點(diǎn)的坐標(biāo)采用二階連續(xù)曲線法求解當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)下的噴管亞聲速段壁面曲線； 步驟223:根據(jù)當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)和噴管亞聲速段壁面曲線確定當(dāng)前待求壁面曲線靠近噴管入口端的端點(diǎn)的坐標(biāo)，噴管亞聲速段的壁面曲線的入口端點(diǎn)和待求壁面曲線靠近噴管入口端的端點(diǎn)所截取的噴管亞聲速段壁面曲線作為當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)下的亞聲速段壁面曲線.步驟224:根據(jù)噴管亞聲速段壁面曲線采用CFD方法確定噴管亞聲速段流場(chǎng)，繼而確定跨聲速初值線； 步驟225:根據(jù)跨聲速初值線采用saure方法確定跨聲速特征線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的滑塊式變馬赫數(shù)噴管壁面確定方法，其特征在于，所述步驟30包括: 步驟31:將滑塊在滑塊導(dǎo)軌上移動(dòng)單位進(jìn)動(dòng)距離，根據(jù)滑塊進(jìn)動(dòng)距離與噴管出口馬赫數(shù)關(guān)系曲線確定當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)； 步驟32:根據(jù)當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)確定噴管出口流場(chǎng)參數(shù)，根據(jù)出口流場(chǎng)參數(shù)采用特征線法求解逆推特征線，所述逆推特征線的初始點(diǎn)為所述固定壁面靠近所述滑塊一端的端點(diǎn)； 步驟33:根據(jù)當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)，采用特征線法確定噴管跨聲速特征線； 步驟34:根據(jù)跨聲速特征線和逆推特征線采用特征線法確定當(dāng)前待求壁面曲線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的滑塊式變馬赫數(shù)噴管壁面確定方法，其特征在于，所述特征線法包括預(yù)估步和校正步，所述校正步根據(jù)預(yù)估步的結(jié)果進(jìn)行校正。
8.一種滑塊式變馬赫數(shù)噴管，其特征在于，所述滑塊式變馬赫數(shù)噴管的壁面由權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的滑塊式變馬赫數(shù)噴管壁面確定方法確定。
9.一種滑塊式變馬赫數(shù)噴管，其特征在于，包括滑塊導(dǎo)軌、可移動(dòng)地設(shè)置在滑塊導(dǎo)軌上的滑塊、第一壁面和連接壁面，所述連接壁面連接在所述滑塊導(dǎo)軌與所述第一壁面之間，兩個(gè)所述連接壁面分別位于所述滑塊導(dǎo)軌的寬度方向上的兩側(cè)，所述第一壁面包括固定壁面和待求壁面，所述固定壁面根據(jù)固定壁面曲線延展后得到，所述待求壁面根據(jù)滑塊進(jìn)動(dòng)距離與噴管出口馬赫數(shù)的關(guān)系曲線利用特征線法確定的待求壁面延展后得到。
全文摘要
本發(fā)明提供一種滑塊式變馬赫數(shù)噴管及其壁面確定方法?；瑝K式變馬赫數(shù)噴管壁面確定方法包括根據(jù)噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求確定部分壁面曲線作為固定壁面曲線并確定滑塊導(dǎo)軌壁面線、滑塊壁面曲線、進(jìn)動(dòng)距離與出口馬赫數(shù)的關(guān)系曲線；根據(jù)進(jìn)動(dòng)距離與出口馬赫數(shù)的關(guān)系曲線，利用特征線法確定滑塊處于當(dāng)前位置時(shí)所對(duì)應(yīng)的待求壁面曲線；改變滑塊在滑塊導(dǎo)軌上的位置，使得當(dāng)前設(shè)計(jì)馬赫數(shù)的值區(qū)間覆蓋進(jìn)動(dòng)距離與出口馬赫數(shù)關(guān)系曲線中的出口馬赫數(shù)的所有值，確定各段待求壁面曲線；根據(jù)滑塊導(dǎo)軌壁面線、固定壁面曲線、滑塊壁面曲線、各段待求壁面曲線確定噴管的壁面曲線。通過(guò)該方法確定的噴管的出口流場(chǎng)均勻度高且出口馬赫數(shù)能夠很好的符合預(yù)先給定的出口馬赫數(shù)。
文檔編號(hào)B05B1/34GK103143461SQ20131004615
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者趙玉新, 王振國(guó) 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)