一种超声速环形翼设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109808869A(43)申请公布日2019.05.28(21)申请号201910177727.X(22)申请日2019.03.10(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人王刚周泽堃马博平刘奇武洁叶正寅(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人陈星(51)Int.Cl.B64C3/10(2006.01)B64C3/14(2006.01)B64C3/38(2006.01)B64C3/36(2006.01)B64F5/00(2017.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种超声速环形翼设计方法(57)摘要本发明公开了一种超声速环形翼设计方法，涉及航空、航天技术领域；超声速环形翼设计方法是在环形布斯曼翼设计的基础上，结合利歇尔翼的设计提出环形利歇尔翼。利歇尔双翼的设计是将上三角单元的厚度削薄，下三角单元的厚度加厚，使得双翼之间的激波膨胀波位置达到设计状态；四个连接支撑位于与环翼的水平面和垂直面呈45度的位置，四个连接支撑的半径相同，连接支撑用于连接外环翼和内环翼。在巡航阶段，环形利歇尔双翼则可在零度迎角下产生升力，在不同迎角下具有更大的升力；大幅提升升阻比，从而获得更好地飞行性能。CN109808869ACN109808869A权利要求书1/2页1.一种超声速环形翼设计方法，其特征在于包括以下步骤:步骤1.根据设计马赫数和设计迎角设计利歇尔双翼，包括双翼间相对距离，双翼的相对厚度来确定翼型；步骤2.设计环形变截面利歇尔翼；将双翼绕旋转轴旋转并随旋转角度的变化改变翼面，基于对称性，计算随旋转角度θ变化内外环翼截面的设计参数变化，按以下公式:式中，α为来流迎角，Ma为来流马赫数，Maθ为真实马赫数，αθ为来流在旋转截面的投影与截面翼型的真实迎角，t1、t2分别为旋转角等于90度截面上的布斯曼双翼外侧和内侧厚度，t1′为旋转角等于0度截面上利歇尔双翼的外侧翼厚度，t2′为对应的内侧翼厚度，tθu、tθd分别为旋转角等于θ截面上的双翼翼型的外侧和内侧翼厚度；步骤3.设计参数；设计马赫数的范围为1.6～4，翼型的相对厚度为6％～10％，内环翼弦长到旋转中心距离与弦长比为1.3～2.8，设计迎角为0～5度；内外环翼随旋转角度θ变化的设计参数:2CN109808869A权利要求书2/2页3CN109808869A说明书1/6页一种超声速环形翼设计方法技术领域[0001]本发明涉及航空、航天技术领域，具体地说，涉及一种三维的超声速环形变截面翼。背景技术[0002]飞行器在超声速巡航过程中产生最大的阻力是激波阻力，激波阻力过大将导致减小巡航速度、缩短航程以及增大成本等不良影响；所以，减小激波阻力可以大幅提升超音速飞行器的性能。[0003]在2008年的第38届空气动力学国际大会，以色列空气动力学家易格拉提出环形布斯曼双翼。布斯曼双翼的设计思想是将菱形翼从中一分为两个三角单元并相对放置，采用选定的设计参数，使前缘产生的激波刚好打到翼型最厚处，翼型最厚处产生的膨胀波又恰好打到机翼后缘。理论上，在一定的马赫数下，双翼构型的迎风面和背风面的压强相等，波阻基本等于零，该马赫数为设计马赫数。但在零度迎角下不会产生升力，需要具有一定的迎角才能产生升力。易格拉提出将布斯曼双翼绕一轴线旋转，形成含内外环翼布斯曼双翼，数值模拟结果显示其有效地降低了阻力。[0004]但环形布斯曼翼未考虑产生升力需要一定迎角，此种情况会破坏最佳的设计状态。发明内容[0005]为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种超声速环形翼设计方法；[0006]本发明设计思路是:为减小环形布斯曼翼超声速巡航状态时的阻力，提高在有迎角的情况下的升阻比；利歇尔双翼的设计是将上三角单元的厚度削薄，下三角单元的厚度加厚，使得双翼之间的激波膨胀波位置达到设计状态。在环形布斯曼翼设计的基础上，结合利歇尔翼的设计提出环形利歇尔翼，该利歇尔双翼则可在零度迎角下产生升力，在不同迎角下具有更大的升力，大幅提升升阻比。[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种超声速环形翼设计方法，其特征在于包括以下步骤:[0008]步骤1.根据设计马赫数和设计迎角设计利歇尔双翼，包括双翼间相对距离，双翼的相对厚度来确定翼型；[0009]步骤2.设计环形变截面利歇尔翼；将双翼绕旋转轴旋转并随旋转角度的变化改变翼面，基于对称性，计算随旋转角度θ变化内外环翼截面的设计参数变化，按以下公式:4CN109808869A说明书2/6页[0010][0011]式中，α为来流迎角，Ma为来流马赫数，Maθ为真实马赫数，αθ为来流在旋转截面的投影与截面翼型的真实迎角，t1、t2分别为旋转角