專(zhuān)利名稱(chēng)：變尺度邊緣鈍化乘波構(gòu)型及其鈍化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高超聲速飛行器領(lǐng)域，尤其涉及一種變尺度邊緣鈍化的乘波構(gòu)型及其鈍化方法。
背景技術(shù)：
常規(guī)設(shè)計(jì)的高超聲速飛行器，激波從邊緣脫體，導(dǎo)致下表面的高壓氣體向上表面發(fā)生泄漏，飛行器升力性能下降；同時(shí)，由于強(qiáng)激波和邊界層的存在，飛行器受到的阻力增加；高超聲速飛行器發(fā)展面臨著“升阻比屏障”難題。隨著研究的不斷深入，乘波構(gòu)型被認(rèn)為是突破高超聲速飛行器“升阻比屏障”的一種有效嘗試，其基本設(shè)計(jì)原理是，將激波后的高壓氣流限制在飛行器下表面，不允許其繞過(guò)邊緣泄漏到飛行器上表面，從而獲得比常規(guī)布局高得多的升阻比(升力/阻力)。乘波構(gòu)型的優(yōu)異氣動(dòng)力性能與其尖銳的邊緣設(shè)計(jì)緊密相關(guān)。然而，由于受到加工工藝和高超聲速條件下嚴(yán)峻的氣動(dòng)加熱環(huán)境影響，乘波構(gòu)型的絕對(duì)尖銳邊緣在實(shí)際飛行中難以保持?？紤]到乘波構(gòu)型各方面性能對(duì)其外形設(shè)計(jì)的高度敏感性，通常要求其在飛行過(guò)程中具有非燒蝕或低燒蝕的特點(diǎn)。因此，在乘波構(gòu)型設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)其進(jìn)行合理的邊緣鈍化顯得尤為重要。在近幾年里，關(guān)于鈍化尺度對(duì)乘波構(gòu)型氣動(dòng)力性能和氣動(dòng)加熱特點(diǎn)影響規(guī)律的研究已成為高超聲速飛行器設(shè)計(jì)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。在研究過(guò)程中，針對(duì)尖邊緣乘波構(gòu)型(參見(jiàn)圖3)，其主要包括尖邊緣乘波構(gòu)型的上表面1、下表面2和底面3三個(gè)部分，目前一般采用如

圖1所示的相同尺度的半徑對(duì)其邊緣線4進(jìn)行鈍化修形，同尺度邊緣鈍化后的乘波構(gòu)型包括上表面1、下表面2、底面3及鈍化邊緣5。如圖2所示，對(duì)于鈍邊緣乘波構(gòu)型，本應(yīng)當(dāng)被限制在下表面2的高壓氣體，會(huì)在鈍化邊緣5處出現(xiàn)大量泄露到上表面I的現(xiàn)象，從而造成鈍化邊緣5附近上、下表面的氣流發(fā)生連通，上、下表面間的壓力差大幅減小，乘波構(gòu)型升力性能顯著下降。同時(shí)，對(duì)于圖3所示的尖邊緣乘波構(gòu)型，其流場(chǎng)中的附體激波被弓形激波代替，飛行器受到的波阻出現(xiàn)較大幅度增加。兩因素的共同作用導(dǎo)致尖邊緣乘波構(gòu)型在實(shí)施鈍化修形后，升阻比大幅下降，氣動(dòng)力性能損失嚴(yán)重。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于采用相同半徑進(jìn)行鈍化修形的乘波構(gòu)型(參見(jiàn)圖1)，鈍化半徑越大，氣動(dòng)力性能損失越嚴(yán)重；鈍化尺度成為影響乘波構(gòu)型氣動(dòng)力性能的重要因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以滿足防熱需求、并可提升氣動(dòng)力性能的變尺度邊緣鈍化乘波構(gòu)型，還提供一種步驟簡(jiǎn)單、操作容易的變尺度邊緣鈍化乘波構(gòu)型的鈍化方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種變尺度邊緣鈍化乘波構(gòu)型，其是以尖邊緣乘波構(gòu)型為鈍化前體，其特征在于所述變尺度邊緣鈍化乘波構(gòu)型包括上表面、下表面、底面和變尺度鈍化邊緣；所述變尺度鈍化邊緣由所述尖邊緣乘波構(gòu)型的邊緣線經(jīng)過(guò)鈍化修形后得到，所述邊緣線上包括位于中間的駐點(diǎn)和位于兩端的尾端點(diǎn)，所述變尺度鈍化邊緣具有變尺度的鈍化半徑，變尺度的鈍化半徑是指所述邊緣線上各點(diǎn)的鈍化半徑從所述駐點(diǎn)到尾端點(diǎn)呈逐漸變化的趨勢(shì)；且所述變尺度鈍化邊緣沿乘波構(gòu)型的中心面呈對(duì)稱(chēng)布置。本發(fā)明的上述技術(shù)方案基于以下原理形成從表面受熱特點(diǎn)看，在乘波構(gòu)型靠近駐點(diǎn)的區(qū)域，氣動(dòng)加熱形勢(shì)十分嚴(yán)峻，根據(jù)我們的研究，采用較大的鈍化半徑進(jìn)行修形可以滿足該區(qū)域的防熱需求；而在其它距離駐點(diǎn)相對(duì)較遠(yuǎn)的邊緣區(qū)域，氣動(dòng)加熱形勢(shì)相對(duì)緩和，采用較小的鈍化半徑進(jìn)行修形即可滿足防熱需求；在綜合考慮鈍化尺度對(duì)乘波構(gòu)型氣動(dòng)力、氣動(dòng)熱性能影響規(guī)律的基礎(chǔ)上，本發(fā)明將“變尺度邊緣鈍化”的理念引入乘波構(gòu)型的設(shè)計(jì)過(guò)程，得到既滿足防熱需求又具有較優(yōu)氣動(dòng)力性能的變尺度邊緣鈍化乘波構(gòu)型，以調(diào)和高超聲速乘波構(gòu)型優(yōu)異氣動(dòng)力性能與有效熱防護(hù)設(shè)計(jì)之間的矛盾，推動(dòng)乘波構(gòu)型的實(shí)用化進(jìn)程。在實(shí)際的飛行器設(shè)計(jì)過(guò)程中，總是首先基于某一特定的來(lái)流條件(包括特定的飛行高度、飛行速度等參數(shù))對(duì)乘波構(gòu)型進(jìn)行設(shè)計(jì)，得到綜合性能較優(yōu)的尖邊緣乘波構(gòu)型前體；然后，針對(duì)這一尖邊緣乘波構(gòu)型在不同來(lái)流條件下的氣動(dòng)力性能進(jìn)行全面計(jì)算、分析和試驗(yàn)；繼而，利用這些氣動(dòng)力數(shù)據(jù)，根據(jù)飛行動(dòng)力學(xué)的常規(guī)知識(shí)，對(duì)乘波構(gòu)型的飛行軌跡進(jìn)行預(yù)測(cè)；最后根據(jù)其外形和飛行軌跡情況，對(duì)乘波構(gòu)型開(kāi)展防熱設(shè)計(jì)。在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，針對(duì)乘波構(gòu)型在飛行軌跡上的受熱最嚴(yán)峻時(shí)刻，所述駐點(diǎn)處的鈍化半徑Rz優(yōu)選根據(jù)下式(I)進(jìn)行設(shè)計(jì)
權(quán)利要求
1.一種變尺度邊緣鈍化乘波構(gòu)型，其是以尖邊緣乘波構(gòu)型為鈍化前體，其特征在于所述變尺度邊緣鈍化乘波構(gòu)型包括上表面(I)、下表面(2)、底面(3)和變尺度鈍化邊緣(6);所述變尺度鈍化邊緣(6)由所述尖邊緣乘波構(gòu)型的邊緣線(4)經(jīng)過(guò)鈍化修形后得到，所述邊緣線(4)上包括位于中間的駐點(diǎn)(7)和位于兩端的尾端點(diǎn)(8)，所述變尺度鈍化邊緣(6 )具有變尺度的鈍化半徑，變尺度的鈍化半徑是指所述邊緣線(4 )上各點(diǎn)的鈍化半徑從所述駐點(diǎn)(7)到尾端點(diǎn)(8)呈逐漸變化的趨勢(shì)；且所述變尺度鈍化邊緣(6)沿乘波構(gòu)型的中心面呈對(duì)稱(chēng)布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變尺度邊緣鈍化乘波構(gòu)型，其特征在于所述駐點(diǎn)(7)處的鈍化半徑Rz根據(jù)下式(I)進(jìn)行設(shè)計(jì)
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變尺度邊緣鈍化乘波構(gòu)型，其特征在于在所述尖邊緣乘波構(gòu)型的邊緣線(4)上，除駐點(diǎn)(7)以外，其余任意一點(diǎn)的鈍化半徑r根據(jù)下式(2)進(jìn)行設(shè)計(jì)
4.一種如權(quán)利要求1、2或3所述的變尺度邊緣鈍化乘波構(gòu)型的鈍化方法，包括以下步驟 (I)采用常規(guī)方法設(shè)計(jì)和制作尖邊緣乘波構(gòu)型；(2)駐點(diǎn)鈍化根據(jù)來(lái)流條件、尖邊緣乘波構(gòu)型駐點(diǎn)區(qū)域的幾何外形參數(shù)和防熱材料性能參數(shù)，設(shè)計(jì)駐點(diǎn)(7)處的鈍化尺度并進(jìn)行鈍化修形； (3)其余邊緣點(diǎn)的鈍化對(duì)于所述尖邊緣乘波構(gòu)型的邊緣線(4)上除駐點(diǎn)(7)以外的其余任意一點(diǎn)，根據(jù)來(lái)流條件、尖邊緣乘波構(gòu)型邊緣的幾何外形參數(shù)和防熱材料性能參數(shù)，設(shè)計(jì)其鈍化尺度并進(jìn)行鈍化修形 ，得到變尺度邊緣鈍化乘波構(gòu)型。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種變尺度邊緣鈍化乘波構(gòu)型，其是以尖邊緣乘波構(gòu)型為鈍化前體，該乘波構(gòu)型包括上表面、下表面、底面和變尺度鈍化邊緣；變尺度鈍化邊緣由尖邊緣乘波構(gòu)型的邊緣線經(jīng)過(guò)鈍化修形后得到，邊緣線上包括駐點(diǎn)和尾端點(diǎn)，邊緣線上各點(diǎn)的鈍化半徑從駐點(diǎn)到尾端點(diǎn)呈逐漸變化的趨勢(shì)；且變尺度鈍化邊緣沿中心面呈對(duì)稱(chēng)布置。本發(fā)明還公開(kāi)了一種鈍化方法，包括先采用常規(guī)方法設(shè)計(jì)和制作尖邊緣乘波構(gòu)型；再根據(jù)來(lái)流條件、駐點(diǎn)區(qū)域的幾何外形和防熱材料性能參數(shù)，設(shè)計(jì)駐點(diǎn)處的鈍化尺度并進(jìn)行鈍化修形；最后對(duì)除駐點(diǎn)以外的其余點(diǎn)進(jìn)行鈍化修形，得到變尺度邊緣鈍化乘波構(gòu)型。本發(fā)明的技術(shù)方案不僅可以滿足乘波構(gòu)型的防熱需求，還可提升其氣動(dòng)力性能。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103049597SQ20121049059
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月27日
發(fā)明者侯中喜, 劉建霞, 郭正, 陳小慶, 楊希祥, 王鵬, 韓晶星 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)