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原文传递用于高超声速边界层转捩研究的标模气动布局及设计方法

专利名称：	用于高超声速边界层转捩研究的标模气动布局及设计方法
摘要：	本发明公开了一种用于高超声速边界层转捩研究的标模气动布局及设计方法，这种标模气动布局包括头部椭球头及锥身，头部椭球头与锥身光滑过渡；锥身的底面型线上，与背风面对应的一段为上半截型线，上半截型线为椭圆曲线与CST曲线的线性组合叠加，与飞行器底部对应的一段为下半截型线，下半截型线为椭圆曲线。本发明还提供了用于高超声速边界层转捩研究的标模气动布局的设计方法，这种设计方法能够用于得到上述标模气动布局。本发明提供的标模气动布局能够具备真实飞行器气动布局的典型特征，同时对整个外形可以完全用数学表达式解析描述，以满足飞行试验、数值计算对气动布局的简化需求。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	四川;51
申请人：	中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所
发明人：	陈坚强;张毅锋;涂国华;何琨;刘深深;刘智勇;段毅;袁先旭;周桂宇;余平;杨攀;冯毅
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-09T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910278707.1
公开号：	CN109969374A
代理机构：	成都九鼎天元知识产权代理有限公司
代理人：	邓世燕
分类号：	B64C1/00(2006.01);B;B64;B64C;B64C1
申请人地址：	621052 四川省绵阳市涪城区二环路南段6号
主权项：	1.一种用于高超声速边界层转捩研究的标模气动布局，其特征在于：包括头部椭球头及锥身，所述头部椭球头与所述锥身光滑过渡；所述锥身的底面型线上，与背风面对应的一段为上半截型线，所述上半截型线为椭圆曲线与CST曲线的线性组合叠加，与飞行器底部对应的一段为下半截型线，所述下半截型线为椭圆曲线。 2.根据权利要求1所述的用于高超声速边界层转捩研究的标模气动布局，其特征在于，头部椭球头的中轴长度等于短轴长度，所述头部椭球头上的点的坐标表达式为：其中，xH、yH、zH为直角坐标系下，头部椭球头上的点的坐标； θ为点的圆心角； xh为给定截面的x轴坐标，a为头部椭球头的短轴长度，b为头部椭球头的长轴长度。 3.根据权利要求2所述的用于高超声速边界层转捩研究的标模气动布局，其特征在于，所述下半截型线的椭圆曲线的表达式为：其中，W为飞行器的宽度，L为飞行器的长度,xAB、yAB、zAB为空间直角坐标系下，所述下半截型线上的点的坐标。 4.根据权利要求3所述的用于高超声速边界层转捩研究的标模气动布局，其特征在于，所述上半截型线的椭圆曲线部分的表达式为：其中，Zx1为背风面的高度，xACB2、yACB2、zACB2为空间直角坐标系下，所述上半截型线的椭圆曲线部分的点的坐标； CST曲线的表达式为：其中，n为(0,100]之间的正整数；xACB1、zACB1、yACB1为空间直角坐标系下，所述上半截型线的CST曲线部分上点的坐标；所述椭圆曲线部分与所述CST曲线部分按照下式叠加： z＝α·zACB1+(1-α)·zACB2 其中，α用于调节所述上半截型线中，椭圆曲线和CST曲线的比例；z为叠加得到的曲线上的点的z轴坐标。 5.根据权利要求4所述的用于高超声速边界层转捩研究的标模气动布局，其特征在于，α的取值满足： α＝1-Zx2/Zx1 则所述上半截型线的表达式为：其中，Zx1为上半截型线的高度，Zx2为下半截型线的高度； xACB、yACB、zACB为直角坐标系下，上半截型线上的点的坐标。 6.根据权利要求5所述的用于高超声速边界层转捩研究的标模气动布局，其特征在于，以圆周角Ф为常数的平面与锥身底面型线相交得到一条直线ED，直线ED与头部椭球头相切于点E，且与锥身底面型线相交于点D，所述锥身的坐标点表达式为：其中，k为直线ED的斜率，xE为E点在x轴上的坐标，ρE为E点到x轴的距离；柱坐标系下，点E的坐标表达式为：其中，γ满足以下等式：其中，ρD为D点到x轴的距离，β满足： 7.一种用于高超声速边界层转捩研究的标模气动布局的设计方法，其特征在于,包括如下步骤：步骤一、根据飞行器的尺寸确定飞行器的头部椭球头表达式；步骤二、根据飞行器的尺寸确定飞行器的锥身底面型线表达式；步骤三、以步骤一得到的头部椭球头表达式以及步骤二得到的锥身底面型线表达式为基础，得到锥身的表达式。 8.根据权利要求7所述的用于高超声速边界层转捩研究的标模气动布局的设计方法，其特征在于,所述锥身底面型线上，与背风面对应的一段为上半截型线，所述上半截型线为椭圆曲线与CST曲线的线性组合叠加，与底部对应的一段为下半截型线，所述下半截型线椭圆曲线；在所述步骤二中，分别确定上半截型线上椭圆曲线部分和CST曲线部分的表达式，根据实验需求分配椭圆曲线部分和CST曲线部分的比例，从而确定上半截型线的表达式，根据飞行器的尺寸确定下半截型线的表达式。 9.根据权利要求7所述的用于高超声速边界层转捩研究的标模气动布局的设计方法，其特征在于，在步骤三中，以一个圆周角为常数Ф的平面与所述头部椭球头相交，得到椭圆弧，所述平面与所述锥身底面型线相交于一点D，过点D做椭圆弧的切线，得到切点E；直线ED即为锥身与所述平面的交线。 10.根据权利要求9所述的用于高超声速边界层转捩研究的标模气动布局的设计方法，其特征在于，在步骤三中，使Ф的值从0到2π遍历，用多个圆周角不同的平面与头部椭球头和锥身底面型线相交，得到多条锥身与平面交线，进而生成锥身。
所属类别：	发明专利