專利名稱：超聲速流道的實(shí)現(xiàn)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空氣動(dòng)力領(lǐng)域，具體而言，涉及一種超聲速流道的實(shí)現(xiàn)方法和裝置。
背景技術(shù)：
超聲速流道，如噴管、進(jìn)氣道、隔離段、轉(zhuǎn)彎段等，常用于風(fēng)洞和高速飛行器。隨著現(xiàn)代空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)超聲速流道的設(shè)計(jì)需求也越來越高。為了給超聲速風(fēng)洞、飛行器的氣動(dòng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供更好的流場(chǎng)環(huán)境，往往需要一種內(nèi)流道截面為圓形變矩形或矩形變圓形的超聲速流道。相關(guān)技術(shù)中，還沒有基于空氣動(dòng)力學(xué)原理的內(nèi)流道截面為圓形變矩形或矩形變圓形的超聲速流道實(shí)現(xiàn)方法，而在進(jìn)氣道設(shè)計(jì)中，提到了一種相近的實(shí)現(xiàn)方法矩形轉(zhuǎn)橢圓形的高超聲速進(jìn)氣道設(shè)計(jì)方法，該方法的步驟如下(I)給出滿足壓力比的基準(zhǔn)流場(chǎng)F ；(2)根據(jù)基準(zhǔn)流場(chǎng)，利用流線追蹤技術(shù)獲得矩形、倒圓角矩形和橢圓形流管；(3)采用加權(quán)組合的方法由三個(gè)流管計(jì)算矩形轉(zhuǎn)橢圓形的進(jìn)氣道。然而，上述設(shè)計(jì)方法存在一定的缺陷，由于只有一個(gè)基準(zhǔn)流場(chǎng)，因此，在入口或出口流場(chǎng)確定之后，無法同時(shí)保證矩形管道和圓形管道內(nèi)膨脹和壓縮波的匹配；此外，上述的實(shí)現(xiàn)方法中，出口流場(chǎng)的均勻性較差，流道總壓損失也較大。針對(duì)相關(guān)技術(shù)中單個(gè)基準(zhǔn)流場(chǎng)的單一壓縮特性所導(dǎo)致的無法同時(shí)保證矩形管道和圓形管道內(nèi)膨脹和壓縮波的匹配問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種超聲速流道的實(shí)現(xiàn)方法和裝置，以解決相關(guān)技術(shù)中單個(gè)基準(zhǔn)流場(chǎng)的單一壓縮特性所導(dǎo)致的，無法同時(shí)保證矩形管道和圓形管道內(nèi)膨脹和壓縮波的匹配問題。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種超聲速流道的實(shí)現(xiàn)方法，包括根據(jù)入口流場(chǎng)的約束參數(shù)獲取位于流道中心線上的第一中心點(diǎn)；根據(jù)出口流場(chǎng)的約束參數(shù)獲取位于流道中心線上的第二中心點(diǎn)；根據(jù)第一中心點(diǎn)和第二中心點(diǎn)連線上的第三中心點(diǎn)、預(yù)定的圓形流道的壁面點(diǎn)以及預(yù)定的矩形流道的壁面點(diǎn)生成超聲速流道的壁面曲線。優(yōu)選的，根據(jù)第一中心點(diǎn)和第二中心點(diǎn)連線上的第三中心點(diǎn)、預(yù)定的圓形流道的壁面點(diǎn)以及預(yù)定的矩形流道的壁面點(diǎn)生成超聲速流道的壁面曲線的步驟包括通過以下公式計(jì)算 -^blend 其中， -^blend ^blend 與P_tCT之間的距離，Pblend為超聲速流道的壁面曲線上的點(diǎn)，Pcenter為弟二中;Li、點(diǎn)
*-^blend f blend
(t)
rcircle+ [l-fblend(t)] -^rectangle, 其中，『circle為Pcircle與
P_tOT之間的距離，Pcircle為預(yù)定的圓形流道的壁面點(diǎn)；r_tangle為Pratangl6與P_tCT之間的距離，Pr6rtangl6為預(yù)定的矩形流道的壁面點(diǎn)；fbl6nd⑴G
, t G
;通過計(jì)算得到的
-^blend
以及
Pcenter 得到 Pblend0優(yōu)選的，fblend(t)根據(jù)預(yù)定的結(jié)構(gòu)約束從
之間選取得到。
優(yōu)選的，根據(jù)入口流場(chǎng)的約束參數(shù)獲取位于流道中心線上的第一中心點(diǎn)的步驟包括根據(jù)入口流場(chǎng)和出口流場(chǎng)的位置確定流道中心線A-B的長(zhǎng)度和位置以及中心線馬赫數(shù)分布；根據(jù)入口流場(chǎng)的約束參數(shù)、流道中心線A-B的長(zhǎng)度和位置以及中心線馬赫數(shù)分布確定矩形流管的壁面曲線C-D，其中，C為入口點(diǎn)；將曲線型面C-D相對(duì)于流道中心線A-B進(jìn)行鏡像得到鏡像壁面曲線C’ -D’;將點(diǎn)D與D’的連線與流道中心線A-B的交點(diǎn)設(shè)置為第一中心點(diǎn)。優(yōu)選的，根據(jù)出口流場(chǎng)的約束參數(shù)獲取位于流道中心線上的第二中心點(diǎn)的步驟包括根據(jù)入口流場(chǎng)和出口流場(chǎng)的位置確定流道中心線A-B的長(zhǎng)度和位置以及中心線馬赫數(shù)分布；根據(jù)出口流場(chǎng)的約束參數(shù)、流道中心線A-B的長(zhǎng)度和位置以及中心線馬赫數(shù)分布確定圓形流管的壁面曲線F-E，其中，F(xiàn)為出口點(diǎn)；將曲線型面F-E相對(duì)于流道中心線A-B進(jìn)行鏡像得到鏡像壁面曲線F’ -E’;將點(diǎn)E與E’的連線與流道中心線A-B的交點(diǎn)設(shè)置為第二中心點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種超聲速流道的實(shí)現(xiàn)裝置，包括第一獲取單元，用于根據(jù)入口流場(chǎng)的約束參數(shù)獲取位于流道中心線上的第一中心點(diǎn)；第二獲取單元，用于根據(jù)出口流場(chǎng)的約束參數(shù)獲取位于流道中心線上的第二中心點(diǎn)；生成單元，用于根據(jù)第一中心點(diǎn)和第二中心點(diǎn)連線上的第三中心點(diǎn)、預(yù)定的圓形流道的壁面點(diǎn)以及預(yù)定的矩形流道的壁面點(diǎn)生成超聲速流道的壁面曲線。優(yōu)選的，生成單元包括第一計(jì)算模塊，用于通過以下公式計(jì)算rbl6nd，其中，rblend 為Pblmd與之間的距離，Pblend為超聲速流道的壁面曲線上的點(diǎn)，Pcenter為第三中心點(diǎn)
-^blend f blend
(t)
Fcirle+ [l-fblend(t)] -^rectangle,
其中，r
circle ^ ^circle ^center
之間的距離，P
circle
為預(yù)定的圓形流道的壁面點(diǎn)；rMrtangl6為Pratangl6與P_tCT之間的距離，Prectangle為預(yù)定的矩形流道的壁面點(diǎn)；fblmd(t) G
, t G
;第二計(jì)算模塊，用于通過第一計(jì)算模塊計(jì)算得到的
-^blend
以及P
center 得到 Pblend °優(yōu)選的，第一計(jì)算模塊還包括獲取子模塊，用于獲取fblmd(t)，其中fblmd(t)根據(jù)預(yù)定的結(jié)構(gòu)約束從
之間選取得到。優(yōu)選的，第一獲取單元包括第一確定模塊，用于根據(jù)入口流場(chǎng)的約束參數(shù)確定流道中心線A-B的長(zhǎng)度和位置以及中心線馬赫數(shù)分布第二確定模塊，用于根據(jù)流道中心線A-B的長(zhǎng)度和位置以及中心線馬赫數(shù)分布確定矩形流管的壁面曲線C-D，其中，C為入口點(diǎn)；第一鏡像模塊，用于將曲線型面C-D相對(duì)于流道中心線A-B進(jìn)行鏡像得到鏡像壁面曲線 C’ -D’ ；第一設(shè)置模塊，用于將點(diǎn)D與D’的連線與流道中心線A-B的交點(diǎn)設(shè)置為第一中心優(yōu)選的，第二獲取單元包括第三確定模塊，用于根據(jù)出口流場(chǎng)的約束參數(shù)確定流道中心線A-B的長(zhǎng)度和位置以及中心線馬赫數(shù)分布；第四確定模塊，用于根據(jù)流道中心線A-B的長(zhǎng)度和位置以及中心線馬赫數(shù)分布確定圓形流管的壁面曲線F-E，其中，F(xiàn)為出口點(diǎn)；第二鏡像模塊，用于將曲線型面F-E相對(duì)于流道中心線A-B進(jìn)行鏡像得到鏡像壁面曲線 F’ -E’ ；第二設(shè)置模塊，用于將點(diǎn)E與E’的連線與流道中心線A-B的交點(diǎn)設(shè)置為第二中心 通過本發(fā)明，根據(jù)入口流場(chǎng)的約束和出口流場(chǎng)的約束，采用特征線法設(shè)計(jì)兩個(gè)基準(zhǔn)流場(chǎng)，根據(jù)兩個(gè)基準(zhǔn)流場(chǎng)生成超聲速流道的壁面曲線，以便在矩形段考慮矩形流道的消波，在軸對(duì)稱段考慮圓形流道的消波，避免傳統(tǒng)單個(gè)基準(zhǔn)流場(chǎng)的單一壓縮特性，消除了集中的膨脹和壓縮波，使流場(chǎng)的均勻性更好，解決了相關(guān)技術(shù)中單個(gè)基準(zhǔn)流場(chǎng)的單一壓縮特性所導(dǎo)致的無法同時(shí)保證矩形管道和圓形管道內(nèi)膨脹和壓縮波的匹配問題，使得內(nèi)流道截面為圓形變矩形的超聲速流道的設(shè)計(jì)更加靈活。


此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲速流道的實(shí)現(xiàn)方法的一種優(yōu)選的流程圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中超聲速流道的中心線及其馬赫數(shù)分布；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中根據(jù)特征線法設(shè)計(jì)二維流道的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中特征線法迭代公式的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中根據(jù)特征線法設(shè)計(jì)軸對(duì)稱流道的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中求解矩形流道和圓形流道共用段的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中基于混合函數(shù)求解三維曲面坐標(biāo)點(diǎn)的示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲速流道的實(shí)現(xiàn)裝置的一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)框圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲速流道的實(shí)現(xiàn)裝置的另一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式下文中將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。需要說明的是，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。實(shí)施例I本發(fā)明提供了一種超聲速流道的實(shí)現(xiàn)方法，如圖I所示，該方法包括S102，根據(jù)入口流場(chǎng)的約束參數(shù)獲取位于流道中心線上的第一中心點(diǎn)；S104，根據(jù)出口流場(chǎng)的約束參數(shù)獲取位于流道中心線上的第二中心點(diǎn)；S106，根據(jù)第一中心點(diǎn)和第二中心點(diǎn)連線上的第三中心點(diǎn)、預(yù)定的圓形流道的壁面點(diǎn)以及預(yù)定的矩形流道的壁面點(diǎn)生成超聲速流道的壁面曲線。在上述實(shí)施方式中，根據(jù)入口流場(chǎng)的約束和出口流場(chǎng)的約束，采用特征線法設(shè)計(jì)兩個(gè)基準(zhǔn)流場(chǎng)，根據(jù)兩個(gè)基準(zhǔn)流場(chǎng)生成超聲速流道的壁面曲線，解決了相關(guān)技術(shù)中不能直接設(shè)計(jì)內(nèi)流道截面為圓形變矩形或矩形變圓形的超聲速流道的問題，達(dá)到了內(nèi)流道截面為圓形變矩形的超聲速流道的設(shè)計(jì)更加靈活的效果。本發(fā)明還提供了一種根據(jù)入口流場(chǎng)的約束參數(shù)獲取位于流道中心線上的第一中心點(diǎn)的優(yōu)選的方案，該方案包括根據(jù)入口流場(chǎng)和出口流場(chǎng)的位置確定流道中心線A-B的長(zhǎng)度和位置以及中心線馬赫數(shù)分布；根據(jù)入口流場(chǎng)的約束參數(shù)、流道中心線A-B的長(zhǎng)度和位置以及中心線馬赫數(shù)分布確定矩形流管的壁面曲線C-D，其中，C為入口點(diǎn)；將曲線型面 C-D相對(duì)于流道中心線A-B進(jìn)行鏡像得到鏡像壁面曲線C’ -D’ ；將點(diǎn)D與D’的連線與流道中心線A-B的交點(diǎn)設(shè)置為第一中心點(diǎn)。上述優(yōu)選的技術(shù)方案中，通過簡(jiǎn)單的幾何運(yùn)算即可獲得第一中心點(diǎn)。具體的，如圖2所示，根據(jù)入口流場(chǎng)和出口流場(chǎng)的位置及馬赫數(shù)約束，確定流道中心線長(zhǎng)度及其馬赫數(shù)分布，圖2中，A-B為流道中心線。根據(jù)入口流場(chǎng)的約束參數(shù)，確定入口點(diǎn)C，如圖3所示，然后采用特征線法設(shè)計(jì)矩形流道的曲線型面C-D，根據(jù)對(duì)稱性，將C-D關(guān)于A-B鏡像，得到鏡像壁面曲線C’ -D’，并獲得第一中心點(diǎn)，其中D_tOT是D與D’連線與流道中心線A-B的交點(diǎn)。優(yōu)選的，此處附上特征線法迭代公式已知兩點(diǎn)=CKx1,!T1, M1, 0 j, ) , P(x2, r2, M2, 0 2)求解第三個(gè)點(diǎn)Q(x3，r3, M3, 9 3)(四個(gè)方程，四個(gè)未知數(shù))，如圖4所示，其中，x為 X軸坐標(biāo)，在二維情況下，r分別為y軸坐標(biāo)，軸對(duì)稱情況下，r為柱坐標(biāo)下的徑向坐標(biāo)，M為馬赫數(shù)，0為流動(dòng)方向角，下標(biāo)1、2、3分別對(duì)應(yīng)各特征點(diǎn)。預(yù)估步驟先求解(x3，r3)u ! = SirT1 (I/M1)，為點(diǎn) 0 的馬赫角，u 2 = SirT1 (I/M2)，為點(diǎn) P 的馬赫角，h: = tan[ 0 # J，為點(diǎn)Q發(fā)出的左行特征線的斜率h2 = tan[ 02-u 2]，為點(diǎn)P發(fā)出的右行特征線的斜率根據(jù)差分方程有T^-Y1 = Il1(X3-X1)r3-r2 = h2 (X3-X2)兩式相減可得T1-T2 = {h2-hj XfXih1-X2Ii2由此得到點(diǎn)Q的坐標(biāo)
& = (^i - r2) - (xA - x2hi)
權(quán)利要求
1.一種超聲速流道的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括根據(jù)入口流場(chǎng)的約束參數(shù)獲取位于流道中心線上的第一中心點(diǎn)；根據(jù)出口流場(chǎng)的約束參數(shù)獲取位于所述流道中心線上的第二中心點(diǎn)；根據(jù)所述第一中心點(diǎn)和所述第二中心點(diǎn)連線上的第三中心點(diǎn)、預(yù)定的圓形流道的壁面點(diǎn)以及預(yù)定的矩形流道的壁面點(diǎn)生成超聲速流道的壁面曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述第一中心點(diǎn)和所述第二中心點(diǎn)連線上的第三中心點(diǎn)、預(yù)定的圓形流道的壁面點(diǎn)以及預(yù)定的矩形流道的壁面點(diǎn)生成超聲速流道的壁面曲線的步驟包括通過以下公式計(jì)算rblmd，其中，-^blend Pblend 與P_tOT之間的距離，Pblend為超聲速流道的壁面曲線上的點(diǎn)，Pcenter為所述第三中心點(diǎn)-^blend f blend(t)Fcircle+ [l-fblend(t)] -^rectangle, 其中， -^circle ^ ^circle ^center之間的距離，Pcircle為所述預(yù)定的圓形流道的壁面點(diǎn)； -^rectangle )、^rectangle與P_tCT之間的距離，PMC;tangle為所述預(yù)定的矩形流道的壁面點(diǎn)；fblmd(t) G
, t G
；通過計(jì)算得到的rblmd以及P_tCT得到Pblmd。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述fblmd(t)根據(jù)預(yù)定的結(jié)構(gòu)約束從
之間選取得到。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，根據(jù)入口流場(chǎng)的約束參數(shù)獲取位于流道中心線上的第一中心點(diǎn)的步驟包括根據(jù)所述入口流場(chǎng)和所述出口流場(chǎng)的位置確定所述流道中心線A-B的長(zhǎng)度和位置以及中心線馬赫數(shù)分布；根據(jù)所述入口流場(chǎng)的約束參數(shù)、所述流道中心線A-B的長(zhǎng)度和位置以及所述中心線馬赫數(shù)分布確定矩形流管的壁面曲線C-D，其中，C為入口點(diǎn)；將所述曲線型面C-D相對(duì)于所述流道中心線A-B進(jìn)行鏡像得到鏡像壁面曲線C’ -D’ ； 將點(diǎn)D與D’的連線與所述流道中心線A-B的交點(diǎn)設(shè)置為所述第一中心點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，根據(jù)出口流場(chǎng)的約束參數(shù)獲取位于流道中心線上的第二中心點(diǎn)的步驟包括根據(jù)所述入口流場(chǎng)和所述出口流場(chǎng)的位置確定所述流道中心線A-B的長(zhǎng)度和位置以及中心線馬赫數(shù)分布；根據(jù)所述出口流場(chǎng)的約束參數(shù)、流道中心線A-B的長(zhǎng)度和位置以及所述中心線馬赫數(shù)分布確定圓形流管的壁面曲線F-E，其中，F(xiàn)為出口點(diǎn)；將所述曲線型面F-E相對(duì)于所述流道中心線A-B進(jìn)行鏡像得到鏡像壁面曲線F’ -E’ ； 將點(diǎn)E與E’的連線與所述流道中心線A-B的交點(diǎn)設(shè)置為所述第二中心點(diǎn)。
6.一種超聲速流道的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，包括第一獲取單元，用于根據(jù)入口流場(chǎng)的約束參數(shù)獲取位于流道中心線上的第一中心點(diǎn)； 第二獲取單元，用于根據(jù)出口流場(chǎng)的約束參數(shù)獲取位于所述流道中心線上的第二中心占.j \\\ 生成單元，用于根據(jù)所述第一中心點(diǎn)和所述第二中心點(diǎn)連線上的第三中心點(diǎn)、預(yù)定的圓形流道的壁面點(diǎn)以及預(yù)定的矩形流道的壁面點(diǎn)生成超聲速流道的壁面曲線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述生成單元包括第一計(jì)算模塊，用于通過以下公式計(jì)算rblmd，其中，rblmd為Pblmd與P_tCT之間的距離， Pblend為超聲速流道的壁面曲線上的點(diǎn)，Pcenter為所述第三中心點(diǎn)
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第一計(jì)算模塊還包括獲取子模塊， 用于獲取fblmd(t)，其中所述fblmd(t)根據(jù)預(yù)定的結(jié)構(gòu)約束從
之間選取得到。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第一獲取單元包括第一確定模塊，用于根據(jù)所述入口流場(chǎng)和所述出口流場(chǎng)的位置確定所述流道中心線 A-B的長(zhǎng)度和位置以及中心線馬赫數(shù)分布；第二確定模塊，用于根據(jù)所述入口流場(chǎng)的約束參數(shù)、所述流道中心線A-B的長(zhǎng)度和位置以及所述中心線馬赫數(shù)分布確定矩形流管的壁面曲線C-D，其中，C為入口點(diǎn)；第一鏡像模塊，用于將所述曲線型面C-D相對(duì)于所述流道中心線A-B進(jìn)行鏡像得到鏡像壁面曲線C’ -D’ ；第一設(shè)置模塊，用于將點(diǎn)D與D’的連線與所述流道中心線A-B的交點(diǎn)設(shè)置為所述第一中心點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第二獲取單元包括第三確定模塊，用于根據(jù)所述入口流場(chǎng)和所述出口流場(chǎng)的位置確定所述流道中心線 A-B的長(zhǎng)度和位置以及中心線馬赫數(shù)分布；第四確定模塊，用于根據(jù)所述出口流場(chǎng)的約束參數(shù)、所述流道中心線A-B的長(zhǎng)度和位置以及所述中心線馬赫數(shù)分布確定圓形流管的壁面曲線F-E，其中，F(xiàn)為出口點(diǎn)；第二鏡像模塊，用于將所述曲線型面F-E相對(duì)于所述流道中心線A-B進(jìn)行鏡像得到鏡像壁面曲線F’ -E’ ；第二設(shè)置模塊，用于將點(diǎn)E與E’的連線與所述流道中心線A-B的交點(diǎn)設(shè)置為所述第二中心點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超聲速流道的實(shí)現(xiàn)方法和裝置，其中，該方法包括根據(jù)入口流場(chǎng)的約束參數(shù)獲取位于流道中心線上的第一中心點(diǎn)；根據(jù)出口流場(chǎng)的約束參數(shù)獲取位于流道中心線上的第二中心點(diǎn)；根據(jù)第一中心點(diǎn)和第二中心點(diǎn)連線上的第三中心點(diǎn)、預(yù)定的圓形流道的壁面點(diǎn)以及預(yù)定的矩形流道的壁面點(diǎn)生成超聲速流道的壁面曲線。本發(fā)明解決了相關(guān)技術(shù)中單個(gè)基準(zhǔn)流場(chǎng)的單一壓縮特性所導(dǎo)致的無法同時(shí)保證矩形管道和圓形管道內(nèi)膨脹和壓縮波的匹配問題，使得內(nèi)流道截面為圓形變矩形的超聲速流道的設(shè)計(jì)更加靈活。
文檔編號(hào)F15D1/02GK102606564SQ20121010875
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者王振國, 趙玉新 申請(qǐng)人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)