(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 202210978201.3 (22)申请日 2022.08.16 (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 崔晓春　张刃　李庆利　李兴龙　 孟凡民　张同心　 (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 荣玲 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种连续式跨声速风洞气动外形设计方法 (57)摘要 一种连续式跨声速风洞气动外形设计方法， 属于航空气动力学风洞设计技术领域。 本发明包 括试验段、 二喉道、 方变圆段及高速扩散段等高 速部段的气动外形设计方法以及稳定段、 收缩 段、 大扩开段、 拐角段等低速部段的气动外形设 计方法， 本发 明研发目的是为了解决风洞气动外 形在满足马赫数为0.15~1.6需求的前提下， 具有 合理的尺 寸和容积， 同时有较好的压力损失性能 的问题， 在能够使流场均匀性、 湍流度和噪声指 标达到国际同类风洞先进水平的前提下， 有效降 低风洞的压力损失， 缩 小风洞尺寸和容积。 权利要求书4页 说明书13页 附图11页 CN 115048753 A 2022.09.13 CN 115048753 A 1.一种连续式跨声速风洞气动外形设计方法， 其特征在于： 包括高速部段气动外形设 计方法和低速 部段气动外形设计方法； 所述高速 部段气动外形设计方法包括： 步骤1， 设计试验段； 步骤2， 设计二喉道段； 步骤3， 设计方变圆段及高速扩散段； 所述低速 部段气动外形设计方法包括： 步骤4， 设计稳定段及整流装置 步骤5， 设计收缩段； 步骤6， 设计大扩开段及防分离网； 步骤7， 设计拐角段及导 流片。 2.根据权利要求1所述的一种连续式跨声速风洞气动外形设计方法， 其特征在于： 所述 步骤1包括： 步骤1.1， 确定试验段 各区域长度； 试验段长度在3H~5.5H之间， H为试验段高度， 试验段划分为气流膨胀加速区、 流场均匀 区和支架干扰影响区及支 架区； 气流膨胀加速区用于建立低超音速流场， 在马赫数M≤1.0时该区域为流场均匀区， 此 区域长度≤1H~1.5H； 流场均匀区是试验流场区域， 模型试验区在此 区域内； 支架干扰影响区的长度在0.6H~ 1H之间； 支 架区的长度在1H~1.5H之间； 步骤1.2， 根据试验需求选择 试验段透气壁板形式； 试验段透气壁板为开槽壁或开孔壁； 当试验段透气壁板为开槽壁时， 进行步骤1.3， 当 试验段透气壁板为 开孔壁时， 进行步骤1.4； 步骤1.3， 开槽壁试验段外形设计； 开槽壁为纵向开槽壁， 槽缝数量为4条~8条； 气流膨胀加速区的槽缝型面采用非线性型 线或线性型线， 型线针对马赫数M=1.1~1.2设计； 流场均匀区的槽缝为等宽度槽， 槽宽与槽 间距之比在4%~8%之间； 支架干扰影响区的槽缝与流场均匀区槽缝相同； 每条槽缝建立独立 的槽腔， 槽腔深度在20倍~30倍等宽槽缝宽度； 槽缝边缘倒圆角； 槽腔的扩开半角为45 °； 每 个槽缝匹配一个对应的引射缝调节片； 步骤1.4， 开 孔壁试验段外形设计； 在笛卡尔坐标系中划分13 ×13等分的棋盘状 网格， 网格的边长： 纵 向边长Lx=13x， 横向 边长Ly=13 y， 其中x和y分别是水平和竖直方向上的最小网格间隔； 开孔位置满足关系式： y/ 6x=3x/5y； 开孔孔径选择1/80~1//100的试验段高度； 孔径和壁板厚度之比d/t≥1； 开孔壁试验段的支 架区上下壁或侧壁布置整片式的引射缝调节片。 3.根据权利要求2所述的一种连续式跨声速风洞气动外形设计方法， 其特征在于： 所述 步骤2包括： 二喉道为两片式侧壁和中心体结合形式的二喉道， 二喉道的中心体和两片式侧壁遵循 中心体和侧壁型面几何相似的原则进 行设计， 即二喉道的中心体和两片式侧壁的两个侧壁 板的收缩角和扩散角的角度保持一 致；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115048753 A 2根据一维管流公式求出二喉道半宽度：           公式 （1） 其中， W0和H0分别为试验段入口半宽度和高度， Ws和Hs分别为二 喉道半宽度和高度， P0 和P0s的比值是根据CFD计算结果或风洞试验结果得 出的， 即马赫数M和总压比P0/P0s的关系； 根据中心体和 侧壁型面几何相似原则， 得到以下关系：             公式 （2）             公式 （3）                              公式 （4）                              公式 （5）                      公式 （6） 其中， L1、 L2分别为两片式侧壁的第一片侧壁板和第二片侧壁板的长度， l1和l2分别为中 心体第一片板和第二片板长度， θ1为第一片侧壁板收缩角， θ2为第二片侧壁板扩张角， θ2= 5°； α1为中心体第一片板收缩角， α2为中心体第二片板扩张角； d为中心隔板半宽度， 由试验 段支撑尺寸确定， 并能保证中心体完全拉平； W1和W2分别为二喉道段入口半宽度和出口半宽 度； W1等于试验段 出口宽度； 在不使用二喉道时， 二喉道 的两片式侧壁完全拉平， 扩张角一致， 中心体完全拉平， 收 于中心隔板； 两片式侧壁的第一片侧壁板和第二片侧壁板的扩张角满足下式；                      公式 （7） 其中， θ0为两片式侧壁的第一片侧壁板和第二片侧壁板扩张角， L0为二喉道段轴 向长 度， 两片式侧壁的第一片侧壁板和第二片侧壁板的扩张角 θ0小于3°， L0为二喉道段轴向长 度； L1、 L2和L0满足如下关系：                 公式 （8） 由公式 （1） 确 定Ws， 人为给定l1和 ， 例如l1=0.5W1， =10°， 根据公式 （2）~公式 （8） 可 以求解7个未知数 、 、 l2、 L1、 L2、 L0、 W2； 确定中心体第一片板的长度l1时， 第一片板长度还要满足中心体拉平及电机装配空间 需求； 根据马赫数控制精度和中心体位移控制精度关系：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115048753 A 3