(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211036464.9 (22)申请日 2022.08.29 (71)申请人 中国航空工业 集团公司沈阳空气动 力研究所 地址 110000 辽宁省沈阳市皇姑区阳山路1 号 (72)发明人 高亮杰　王璐　钱战森　孟凡民　 刘中臣　辛亚楠　 (74)专利代理 机构 哈尔滨市伟晨专利代理事务 所(普通合伙) 23209 专利代理师 胡砚智 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种带移轴旋成式超声速直连模拟器型线 设计方法 (57)摘要 一种带移轴旋成式超声速直连模拟器型线 设计方法， 属于空气动力学试验领域。 本发明包 括步骤1.根据移轴距离几何条件限制， 利用改进 的跨声速流动和轴向特征点求解方法， 获得直连 模拟器喉道初值线和超声速发展型线； 步骤2.根 据入口条件、 喉道面积及收缩 段曲线参数选取确 定收缩段型线； 步骤3.根据模拟器出口截面形状 要求， 结合步骤2获得的收缩 段和步骤1获得的超 声速发展型线， 通过旋成方式获得进口形状。 本 发明的超声速直连模拟器没有复杂的作动控制 机构， 靠气动原理实现， 结构 简单、 可靠 。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 115292850 A 2022.11.04 CN 115292850 A 1.一种带移轴旋成式超声速直连模拟器型线设计方法， 该模拟器的横截面包括依次连 续设置的进口截面 （1） 、 收缩扩张曲面 （2） 、 出口截面 （3） 及中心旋成壁 （4） ， 其特征在于， 包 括以下步骤： 步骤1.根据移轴距离几何条件限制， 利用改进的跨声速流动和轴向特征点求解方法， 获得直连模拟器喉道初值线和超声速发展型线； 步骤2.根据入口条件、 喉道面积及收缩段曲线参数选取确定收缩段 型线； 步骤3.根据模拟器出口截面形状要求， 结合步骤2获得的收缩段和步骤1获得的超声速 发展型线， 通过旋成方式获得进口形状。 2.根据权利要求1所述的一种带移轴旋成式超声速直连模拟器型线设计方法， 其特征 在于： 所述 步骤1的具体实现步骤为： 步骤11.根据直连式模拟器的出口条件确定出口面积关系； 亚声速气流在直连式模拟器的入口进入收缩+超声速发展型线围成的通道2内不断加 速， 在通道最小截面处， 即喉道位置首先达到声速， 气流在扩张段中进一步加速到超声速， 直至达到模拟器出口要求的设计马赫数， 由模拟 器内的流量 公式推导出设计马赫数与出口 面积的关系式为： 其中， 为模拟器出口面积， 为模拟器最小截面面积， 为模拟器出口马赫数， 为气体介质的比热比； 步骤12.根据特 征线理论设计喷管超声速发展型线， 关系式如下： 其中， 为横坐标或轴向坐标， 为纵坐标或径向坐标， 为当地气流方向角， 为当 地马赫数角， 为沿横向或轴向流动速度， 为沿纵向或径向流动速度， 为当地声速， 表示二维流动， 表示轴对称流动， 为参数数值的差量符号； 下标 ±表示沿特 征线的右行或左行 方向； 为特征线的斜 率； 步骤13.在使用特征线法进行超声速流场计算时需要给定初值线， 并以此作为特征线 法的边界条件， 结合中心轴线上 的马赫数分布， 求解解壁面型线由喉道跨声速解析解确定 初始特征线， 结合轴向马赫数分布得到喷管内部特征线网， 在特征线网格上利用流线追踪 方法得到超声段 型线； 步骤14.将扰动函数展成y的幂级数， 而各项系数是x的函数， 然后利用边界条件来确定 这些系数函数， 并对原条件进行移轴处 理：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115292850 A 2用y方向扰动速度为0所对应的曲线作为 起始线， 可 得到带移轴起始线方程 为： 其中， 为所需移轴距离， 即中心旋成壁 （4） 到虚拟旋转轴5的径向距离， 为喉部 型面曲率， 由以下关系确定： 其中， 为无量纲喉部径向高度， 为无量纲喉部曲率； 利用逆向特征线设计方法得到超声速发展型线， 即先在轴 线上设置连续性和光滑性都 符合要求的马赫数分布， 并保证壁面曲率连续， 轴线的马赫数需满足二阶导数连续， 则采用 合适的插值方法给定马赫数分布， 在轴线边界处满足： 其中， B点为跨声速初始线与轴线的交接点， C点为超声速发展型线下游左行特征线与 轴线的交接点。 3.根据权利要求1所述的一种带移轴旋成式超声速直连模拟器型线设计方法， 其特征 在于： 步骤2中收缩段 型线采用双三次曲线或五次曲线常规设计方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115292850 A 3