基于非轴对称吻切技术的三维激波逆向乘波设计

基于传统吻切理论,本文提出了一种非轴对称吻切技术,并在此基础上,完善了传统二维特征线技术,可对复杂三维曲面激波进行逆向求解。通过事先指定三维激波曲面形状,根据气流方向与激波曲面当地曲率方向,能够求出各离散激波点对应的离散微吻切平面。以该微吻切平面与激波曲面的交线作为各微吻切平面内的激波形状,利用已知激波求解流场的二维逆向特征线法对各微吻切平面的流场进行求解,随后将各离散微吻切平面内获得的压缩型线进行组合,获得能够生成指定复杂三维曲面激波的压缩型面。研究结果表明,基于非轴对称吻切技术的三维激波逆向求解方法能够很好地求解出生成指定三维激波曲面的乘波构型,激波形状吻合度较高;运用该逆向设计方法求解获得的截面流场信息与数值模拟结果相似度较高,其流场分布表现出相同的规律,但在增压比的预测上存在一定的误差,主要集中在远离对称面三维效应明显处,最大误差约为8.4%,可见该逆向乘波设计方法的精度基本满足要求。另外,针对特定的二次锥面激波方程,设计截面内激波曲线越高,乘波体的升阻比越低。

基于弯曲激波特征线法的两级压缩内收缩流场设计与分析

进气道是超声速飞行器的关键部件,设计核心是无黏超声速流场的确定,而波系结构又直接决定了流场的性能。考虑到实际应用价值,基于给定激波的超声速流场反设计至关重要。传统单道入射波的流场结构简单,压缩效率不高,且传统特征线法(method of characteristics,MOC)无法获得高阶的气动参数。为了拓展设计思路,首先利用弯曲激波特征线法展示了内收缩超声速流场不同的单元过程,随后基于此法提出了一种已知入射和反射激波的两级压缩内收缩流场的概念及反设计方法。基于此法设计的基准流场与数值模拟结果吻合良好,双入射激波可以提高压缩效率并缩短长度,能够实现波系结构和出口参数的分布可控,在非均匀来流条件下也能得到相应型面。在给定激波的条件下,求解分析了一系列具有中心体的轴对称流场,讨论入射和反射激波激波角分布对流场气动参数和几何参数的影响。弯曲激波特征线法的精确性和有效性使其成为平面/轴对称超声速流场反设计的良好候选。

基于三维弯曲激波的宽域变马赫数乘波体设计分析

为改善常规乘波体布局的宽域气动性能,提出了一种基于复杂三维弯曲激波面的宽域变马赫数乘波体设计方法,其本质是将局部偏转吻切方法与“并联变马赫数”概念相结合,各流面内的设计马赫数不再保持不变,而可根据需求进行调整,以此提高乘波体的宽速域性能。该方法采用Bezier曲面直接指定所需三维激波形状,使得激波形状的选取更为灵活。结果表明,基于三维弯曲激波的变马赫数乘波体拥有更为均衡的气动与几何特性,更适于宽域飞行,且各流面内设计马赫数的离散单调性对此类乘波体性能有较大影响。相同条件下,马赫数7至12范围内设计的基于三维弯曲激波的变马赫数乘波体相较于吻切锥变马赫数乘波体具有更大的容积与更高的升阻比,但容积率有所下降。