CN106677925B - 侧向力发动机狭缝喷管扩散段设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了侧向力发动机狭缝喷管扩散段设计方法，本发明提供的侧向力发动机狭缝喷管扩散段设计方法通过矩形倒圆角实现从圆形入口到大长宽比矩形出口的过渡。

Description

侧向力发动机狭缝喷管扩散段设计方法

技术领域

本发明涉及一种固体火箭发动机喷管的设计方法，尤其是涉及直接侧向力发动机狭缝喷管扩散段的设计。

背景技术

侧向力发动机可以有效提高飞行器的机动性能，增大其生存能力，但是在使用过程中侧向喷流与飞行器体外绕流的耦合作用会给飞行器的精确控制带来很大的困难，将侧向力发动机喷管的扩散段置于飞行器的外表面可以解决上述问题。为了适应飞行器的气动外形，必须将喷管的扩散段出口设计成大长宽比的矩形。

目前的公开文献资料中并没有关于狭缝喷管的设计方法和设计准则。现有的文献资料中主要使用超椭圆方法，矩形倒圆角的设计方法设计圆形入口，矩形出口的气流通道，其设计对象从圆形入口到矩形出口的过渡过程中保持横截面积不变，不能实现对气流的加速；另一大类是使用二维喷管近似设计方法，等长度等截面积转换法及三维喷管直接设计方法对喷管的型面进行设计，但是公开的文献资料中的喷管矩形出口的长宽比较小，不能满足喷管出口大长宽比（长宽比大于7）的要求。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种出口为大长宽比矩形的侧向力发动机狭缝喷管扩散段设计方法，本发明中提及的大长宽比指的是长宽比大于7。

本发明提供的侧向力发动机狭缝喷管扩散段设计方法中，通过矩形倒圆角实现从圆形入口到大长宽比矩形出口的过渡。

进一步，所述扩散段截面的长宽比为：

，

，

其中，入口处，入口处的截面宽高比；出口处，出口处的截面宽高比为，n为出口矩形的宽高比；为归一化函数；为截面长宽比沿程渐变指数，为经验值。

进一步，的取值为0.8、0.9、1中的任意一个。

进一步，所述扩散段入口处截面为圆形，入口到出口之间的截面为倒圆角矩形，所述倒圆角矩形的倒角半径为：

，

，

其中，为倒角度，入口处，入口处的倒角度；出口处，出口处矩形的倒角度为；为归一化函数 ，为倒角半径沿程渐变指数，是经验值。

进一步，的取值为0.8、0.9、1中的任意一个。

进一步，扩散段的截面面积为：

其中，为该截面处矩形长边值的一半，为倒角度，为截面长宽比 。

截面面积沿程变化通过如下方程进行控制：

其中入口处，截面积入口面积；出口处，截面积矩形出口面积；为归一化函数；为截面积沿程渐变指数。

进一步，的取值为0.8、0.9、1.0中的任意一个。

本发明还提供依据所述的侧向力发动机狭缝喷管扩散段设计方法设计得到的侧向力发动机狭缝喷管扩散段。

本发明的优点包括：设计出一种出口为大长宽比矩形的侧向力发动机狭缝喷管扩散段，减小侧向喷流与飞行器体外绕流耦合作用；

通过方程控制侧向力发动机狭缝喷管扩散段截面几何参数，易于实现对喷管设计参数的精确控制，确保设计喷管能够满足性能指标。

附图说明

图1为本发明实施例提供的侧向力发动机狭缝喷管扩散段的截面倒圆角矩形示意图；

图2为本发明实施例提供的侧向力发动机狭缝喷管扩散段的结构示意图。

具体实施方式

下文中，结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

首先，将过渡截面的倒圆角矩形用方程进行描述。

图1为本发明实施例提供的侧向力发动机狭缝喷管扩散段的截面倒圆角矩形示意图，在设计过程中通过方程控制矩形的半宽1，矩形的半长2，矩形的倒角半径3来实现对过渡截面的控制。

矩形的长和宽通过如下公式进行控制：

(1)

(2)

其中AR(x)=b(x)/a(x)，其中a(x)为矩形的半宽，b(x)为矩形的半长，入口处，入口处的截面宽高比；出口处，出口处的截面宽高比为，n为出口矩形的宽高比；为归一化函数；为截面长宽比沿程渐变指数，为经验值。经过数值计算验证，在本发明的优选实施例中，的取值为0.8、0.9、1中的任意一个。

矩形的倒角半径通过如下方程进行控制：

(3)

(4)

其中BR(x)=c(x)/a(x)，c(x)为倒角半径，入口处，入口处的倒角度；出口处，出口处矩形的倒角度为；为归一化函数，为倒角半径沿程渐变指数，是经验值。在本发明的优选实施例中，的取值为0.8、0.9、1中的任意一个。

喷管扩散段的截面积沿程变化规律由方程进行描述，通过控制方程中的参数来控制沿程截面积的变化规律。

参照图2所示，狭缝喷管的扩散段由圆形入口4通过倒圆角矩形5过渡到大长宽比的矩形出口6。倒圆角矩形5的截面面积计算公式：

(5)

截面积沿程变化通过如下方程进行控制：

(6)

(7)

其中入口处，截面积入口面积；出口处，截面积矩形出口面积；为归一化函数；为截面积沿程渐变指数；在本发明的优选实施例中的取值为0.8、0.9、1.0中的任意一个。

通过三维造型软件依据各截面的形状完成实体造型。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.侧向力发动机狭缝喷管扩散段设计方法，其特征在于，通过矩形倒圆角实现从圆形入口到大长宽比矩形出口的过渡，在过渡过程中截面面积增大；

所述扩散段截面的长宽比为：

，

，其中，入口处的截面宽高比；出口处，出口处的截面宽高比为，n为出口矩形的宽高比；为归一化函数；为截面长宽比沿程渐变指数，为经验值。

2.依据权利要求1所述的侧向力发动机狭缝喷管扩散段设计方法，其特征在于，的取值为0.8、0.9、1中的任意一个。

3.依据权利要求1或2所提供的侧向力发动机狭缝喷管扩散段设计方法设计得到的侧向力发动机狭缝喷管扩散段。