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。

乘波机外形设计

计算了由锥型流理论、吻切锥理论及吻切轴对称理论生成的不同乘波机外形．结果表明，圆锥绕流流场生成乘波机外形的方法虽然比较简便，且生成的外形具有较高的升阻比，但进气道进口流场具有锥型流的性质而不够均匀，给发动机的工作带来不利影响．应用吻切锥、吻切轴对称理论与特征线方法结合起来进行反设计，可以得到更一般的乘波机外形，并且能有效地改善进气道进口流场，提高容积效率．此外，这几种方法的计算速度都很快，对进一步的优化处理及机身发动机一体化十分有利．