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基于轴线马赫数分布的喷管扩张段无粘型面设计

胡振震 李震乾 石义雷 陈爱国

胡振震, 李震乾, 石义雷, 等. 基于轴线马赫数分布的喷管扩张段无粘型面设计[J]. 实验流体力学, 2016, 30(4): 97-104. doi: 10.11729/syltlx20150115
引用本文: 胡振震, 李震乾, 石义雷, 等. 基于轴线马赫数分布的喷管扩张段无粘型面设计[J]. 实验流体力学, 2016, 30(4): 97-104. doi: 10.11729/syltlx20150115
Hu Zhenzhen, Li Zhenqian, Shi Yilei, et al. Design of nozzle inviscid contour based on axial Mach number distribution[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2016, 30(4): 97-104. doi: 10.11729/syltlx20150115
Citation: Hu Zhenzhen, Li Zhenqian, Shi Yilei, et al. Design of nozzle inviscid contour based on axial Mach number distribution[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2016, 30(4): 97-104. doi: 10.11729/syltlx20150115

基于轴线马赫数分布的喷管扩张段无粘型面设计

doi: 10.11729/syltlx20150115
详细信息
    通讯作者:

    胡振震(1984-),男,浙江武义人,助理研究员。研究方向:高超声速试验技术。通信地址:四川省绵阳市二环路南段6号15信箱506分箱(621000)。E-mail:hzzmail@163.com

  • 中图分类号: V211.74

Design of nozzle inviscid contour based on axial Mach number distribution

  • 摘要: 针对高超声速风洞轴对称喷管设计问题,开展了喷管扩张段无粘型面设计研究。介绍了基于预设轴线马赫数分布的直接设计方法,改进了基于面积比的轴线马赫数分布预设方法,提出了一种方便多点控制的轴线特征点分布方法。对设计喷管流场进行特征线网三角化,与数值模拟结果进行比较,并分析了影响喷管无粘型面的设计因素。表明:改进的面积比方法可以保证轴线马赫数分布预设的合理性;轴线马赫数分布、轴线上特征点分布和边界特征点数明显影响喷管无粘型面。
  • 图  1  特征线推进方法 (a)往上游推进 (b)往下游推进

    Figure  1.  Characteristic marching method (a) march upstream (b) march downstream

    图  2  Sivells方法确定喷管型面

    Figure  2.  Sivells method to determine the nozzle contour

    图  3  基于Sivells方法预设轴线马赫数分布的特征线网

    Figure  3.  Characteristic network based on the Sivells’ axial Mach number distribution

    图  4  不同预设方法的轴线马赫数分布(cF=3.0时)

    Figure  4.  Axial Mach number of different presetting methods with cF=3.0

    图  5  不同预设方法的轴线马赫数分布(cF=5.57时)

    Figure  5.  Axial Mach number of different presetting methods with cF=5.57

    图  6  轴线上马赫数大于出口马赫数时的特征线相交

    Figure  6.  Characteristic intersection when Mach number on axis larger then Maexit

    图  7  马赫数增长过快导致的特征线相交(J点附近)

    Figure  7.  Characteristic intersection caused by too fast Mach number increase (near J point)

    图  8  不同方法的布点比较

    Figure  8.  Point distribution of different methods

    图  9  基于Sivells轴线马赫数分布预设的喷管马赫数等值线

    Figure  9.  Mach number contour of the nozzle designed with the Sivells’ axial Mach number distribution

    图  10  基于面积比三次多项式分布预设的喷管马赫数等值线

    Figure  10.  Mach number contour of the nozzle designed with the cubic distribution of the ratio of area

    图  11  基于面积比五次多项式分布预设的喷管马赫数等值线

    Figure  11.  Mach number contour of the nozzle designed with the quintic distribution of the ratio of area

    图  12  基于B样条曲线马赫数预设的喷管马赫数等值线

    Figure  12.  Mach number contour of the nozzle designed with the B-spline Mach number distribution

    图  13  不同轴线马赫数预设方法的喷管出口马赫数

    Figure  13.  Mach number at exit of the nozzle designed with different axial Mach number presetting methods

    图  14  不同轴线马赫数预设方法的喷管出口马赫数cF=3.0

    Figure  14.  Mach number at exit of the nozzle designed with different axial Mach number presetting methods with cF=3.0

    图  15  轴线上不同布点的特征线网和喷管型面比较

    Figure  15.  Comparision of characteristic networks and contours of different point distributions

    图  16  不同点数的特征线网(F点附近)

    Figure  16.  Comparision of characteristic networks of different point numbers (near F point)

    图  17  不同点数的型面比较

    Figure  17.  Comparision of contour of different point numbers

    图  18  喷管出口马赫数

    Figure  18.  Mach number at exit of the nozzle

    图  19  喷管上壁面马赫数

    Figure  19.  Mach number at wall of the nozzle

    表  1  不同马赫数分布方法比较

    Table  1.   Comparison of different Mach number distribution methods

    分布方法计算量可调参数适用范围
    三次多项式短喷管
    改进的三次多项式a4,内部微调短喷管
    五次多项式短喷管
    面积比的多项式长喷管
    改进的面积比的多项式idx,控制起点终点的马赫数增长任意
    Bezier或B样条曲线dL,控制起点终点的曲线导数进而控制马赫数任意
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-09-04
  • 修回日期:  2015-12-04
  • 刊出日期:  2016-08-25

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    2021年8月13日