CN111688905A - 一种流线追踪轴对称曲面锥流场的双后掠乘波体设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高超声速飞行器空气动力学外形设计领域，公开了一种流线追踪轴对称曲面锥流场的双后掠乘波体设计方法，通过给定基本型线和参数，计算生成双后掠轴对称曲面锥流场，在双后掠轴对称曲面锥流场的后缘截面，根据双后掠乘波体的宽度确定后缘激波型线，给定约束条件，获取双后掠乘波体前缘线沿轴向投影于后缘截面内的投影曲线，投影曲线沿对称中心轴轴向向前扫掠所形成的曲面与双后掠轴对称曲面锥流场的激波面相交，生成双后掠乘波体前缘线，并通过顺向流线追踪，形成双后掠乘波体乘波面，获取双后掠乘波体自由流面和双后掠乘波体后缘截面，完成乘波体设计。本发明所设计构型具有高升阻比、高容积率、宽速域性能等优势。

Description

一种流线追踪轴对称曲面锥流场的双后掠乘波体设计方法

技术领域

本发明涉及高超声速飞行器空气动力学外形设计领域，具体为一种流线追踪轴对称曲面锥流场的双后掠乘波体设计方法。

背景技术

乘波体是一种通过附着激波将高压气流限制在飞行器下表面阻止高压气流外泄，从而有效突破传统高超声速飞行器升阻屏障的有效手段，乘波体具有很高的升阻比。经过多年的发展，乘波体已经由早期的单一构型发展出一系列具备不同特征的复杂构型。尽管丰富的乘波体设计方法极大的拓展了设计空间和灵活性，但乘波体面向工程应用依然有诸多限制，主要体现在：1)乘波体容积效率不高；2)乘波体低速状态下气动性能较差；3)乘波体纵向稳定性难以保证。

解决这些问题的途径主要有如下方法：1)利用几何修形方法改进理论设计的气动外形；2)发展更广适应性的乘波体设计方法；3)改善优化轴对称曲面锥流场。其中，几何修形虽然在工程上对乘波体的容积效率、低速状态下的气动性能及纵向稳定性均有改善作用，但这种手段的灵活性和可控性较差，很难统一提取有效设计参数，受设计人员本身的工程经验限制。经过国内外大量科技工作者的共同努力，乘波体的设计方法已经非常丰富，主要有流线追踪、吻切锥、吻切轴对称流场、吻切流场等方法。

乘波体不仅仅需要面临容积效率，纵向稳定性及设计点气动性能等问题，更需要关注低马赫数端的基本性能，因此，国外研究人员提出了定后掠角乘波体的设计思想，并相继发展了定常楔形角乘波体、定后掠角密切锥、密切流场乘波体等方法，这些设计方法改善了乘波体的低马赫数端气动性能。在定后掠角乘波体设计的思想基础上，有研究人员提出了通过对设计曲线修改从而实现的双后掠乘波体概念，双后掠乘波体外形兼顾了不同速域的气动性能。

发明内容

本发明意在提供一种流线追踪轴对称曲面锥流场的双后掠乘波体设计方法，解决现有双后掠乘波体外形依靠流场和几何近似实现双后掠乘波体设计的问题。本发明提供的技术方案是：一种流线追踪轴对称曲面锥流场的双后掠乘波体设计方法，包括步骤：

S1、给定基本型线和参数，包括轴对称曲面锥母线和对应的轴对称曲面锥激波曲线，所述轴对称曲面锥激波曲线在其值域范围内连续且一阶导数间断，且对应间断点将轴对称曲面锥激波曲线分为第一后掠激波曲线和第二后掠激波曲线；

S2、迭代法计算所述间断点在第一后掠激波曲线一侧的第一右行特征线和间断点在第二后掠激波曲线一侧的第二右行特征线，所述第一右行特征线和第二右行特征线将曲面锥流场分割为第一曲面锥流场、过渡区域流场合第二曲面锥流场；

S3、给定参数条件，获取第一后掠激波曲线、第一曲面锥流场和对应的轴对称曲面锥母线的表达式；

S4、给定参数条件，利用特征线法获取过渡区域流场的表达式；

S5、给定参数条件，利用特征线法获取第二曲面锥流场的表达式；

S6、根据步骤S3、S4和S5，生成双后掠轴对称曲面锥流场；

S7、在双后掠轴对称曲面锥流场的后缘截面，根据双后掠乘波体的宽度确定后缘激波型线，给定约束条件，获取双后掠乘波体前缘线沿轴向投影于后缘截面内的投影曲线；

S8、所述投影曲线沿对称中心轴轴向向前扫掠所形成的曲面与双后掠轴对称曲面锥流场的激波面相交，生成双后掠乘波体前缘线；

S9、以双后掠乘波体前缘线上的离散点簇为起点，在双后掠轴对称曲面锥流场内进行顺向流线追踪得到以所述离散点簇为起点的流线簇，形成双后掠乘波体乘波面，并获取双后掠乘波体自由流面和双后掠乘波体后缘截面，完成乘波体设计。

进一步，所述步骤S3中，所述对应的轴对称曲面锥母线为直线时，给定来流条件，轴对称曲面锥半锥角，间断点至圆锥顶点的轴向距离，利用龙根库塔方法求解Tylor-Macooll方程，获取第一后掠激波曲线和第一曲面锥流场的表达式。

进一步，所述步骤S3中，已知第一后掠激波曲线表达式时，给定来流条件，轴对称曲面锥流场激波面半锥角，间断点至圆锥顶点的轴向距离，利用有旋特征线理论中第一边值问题的求解方法，获取第一曲面锥流场和对应的轴对称曲面锥母线的表达式。

进一步，所述步骤S3中，已知对应的轴对称曲面锥母线的表达式时，给定来流条件，轴对称曲面锥半锥角，间断点至圆锥顶点的轴向距离，利用Tylor-Macooll方程和有旋特征线理论中关于激波边界的求解方法，获取第一后掠激波曲线和第一曲面锥流场的表达式。

进一步，所述来流条件包括来流马赫数、静压和静温。

进一步，所述步骤S5中，已知第二曲面锥流场对应的轴对称曲面锥母线起始点和终止点分别与对称中心轴的径向距离，根据容积约束，采用B样条曲线对该轴对称曲面锥母线进行参数化，并结合第二右行特征线，利用有旋特征线理论中关于激波边界的求解方法，获取第二曲面锥流场的表达式。

进一步，所述步骤S5中，已知第二右行特征线和第二后掠激波曲线，利用有旋特征线理论中第一边值问题的求解方法，获取第二曲面锥流场的表达式。

进一步，所述步骤S7中，约束条件为后缘激波型线上任意一点与后缘激波型线所在圆的圆心之间的连线，与投影曲线有且仅有一个交点一一对应。

相对于现有技术，本发明产生了一下有益效果：

本发明通过生成几何约束满足要求的双后掠轴对称曲面锥流场，给出了一种激波面具有双后掠特征的轴对称曲面锥流场的设计思想及对应的设计方法，这种设计方法的核心是构建一种具有双后掠特征的轴对称曲面锥流场，在该流场中追踪获得的双后掠乘波体在高速设计条件下具有完全的乘波特性，通过调整两个后掠角提升低速条件下涡流升力。该设计方法完全符合空气动力学原理，设计过程中没有任何几何近似，扩大了乘波体的设计空间，并使设计方法更具灵活性，为设计满足更为复杂的几何约束、更宽速域范围兼顾的高超声速飞行器乘波机体、滑翔弹头提供了有效途径。

附图说明

图1为本发明的双后掠轴对称曲面锥流场示意图；

图2为本发明的双后掠轴对称曲面锥头锥流场示意图；

图3为本发明的双后掠轴对称曲面锥过渡区域流场示意图；

图4为本发明的双后掠轴对称曲面锥过渡区域流场设计拓扑；

图5为本发明的双后掠轴对称曲面锥主机身流场示意图；

图6为本发明的双后掠轴对称曲面锥及激波面三维示意图；

图7本发明的双后掠乘波体自由流面及乘波面激波面在后缘截面内的信息示意图a；

图8本发明的双后掠乘波体自由流面及乘波面激波面在后缘截面内的信息示意图a；

图9本发明的双后掠乘波体前缘线生成方法示意图；

图10本发明的利用流线追踪技术得到双后掠乘波体乘波面及激波面三维视图；

图11本发明的双后掠乘波体三维示意图；

图12本发明的双后掠乘波体激波面及乘波面流场装配三维视图；

图13本发明的双后掠乘波体表面压力及激波面三维视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

一种流线追踪轴对称曲面锥流场的双后掠乘波体设计方法，包括步骤：

S1、给定基本型线和参数，包括轴对称曲面锥母线和对应的轴对称曲面锥激波曲线，所述轴对称曲面锥激波曲线在其值域范围内连续且一阶导数间断，且对应间断点将轴对称曲面锥激波曲线分为第一后掠激波曲线和第二后掠激波曲线。

具体的，如图1所示，定义轴对称曲面锥流场轴向长度为9，任意过对称中心轴的平面1(定义为基准平面1)与轴对称曲面锥流场相交，基准平面1与轴对称曲面锥相交，生成轴对称曲面锥母线2，基准平面与轴对称曲面锥激波面相交，生成轴对称曲面锥激波曲线3，定义轴对称曲面锥母线2与对称中心轴的交点为圆锥顶点4。双后掠轴对称曲面锥流场体现在轴对称曲面锥激波曲线3上的特点为：轴对称曲面锥激波曲线3在其值域范围内连续，但在轴对称曲面锥激波曲线3上某个特定位置5，轴对称曲面锥激波曲线3的一阶导数间断。

S2、迭代法计算所述间断点在第一后掠激波曲线一侧的第一右行特征线和间断点在第二后掠激波曲线一侧的第二右行特征线，所述第一右行特征线和第二右行特征线将曲面锥流场分割为第一曲面锥流场、过渡区域流场和第二曲面锥流场。

S3、给定参数条件，获取第一后掠激波曲线、第一曲面锥流场和对应的轴对称曲面锥母线的表达式。

具体的，来流条件包括来流马赫数、静压和静温。

进一步，所述步骤S3中，所述对应的轴对称曲面锥母线为直线时，给定来流条件，轴对称曲面锥半锥角，间断点至圆锥顶点的轴向距离，利用龙根库塔方法求解Tylor-Macooll方程，获取第一后掠激波曲线和第一曲面锥流场的表达式。

进一步，所述步骤S3中，已知第一后掠激波曲线表达式时，给定来流条件，轴对称曲面锥流场激波面半锥角，间断点至圆锥顶点的轴向距离，利用有旋特征线理论中第一边值问题的求解方法，获取第一曲面锥流场和对应的轴对称曲面锥母线的表达式。

进一步，所述步骤S3中，已知对应的轴对称曲面锥母线的表达式时，给定来流条件，轴对称曲面锥半锥角，间断点至圆锥顶点的轴向距离，利用Tylor-Macooll方程和有旋特征线理论中关于激波边界的求解方法，获取第一后掠激波曲线和第一曲面锥流场的表达式。

具体的，其中Tylor-Macooll方程如下：

u_r为径向速度，u_θ为角速度，并且有：

定义轴对称曲面锥母线2在圆锥顶点位置的切线与对称中心轴所夹锐角13为轴对称曲面锥半锥角，定义轴对称曲面锥激波曲线3在圆锥顶点位置的切线与对称中心轴所夹锐角14为轴对称曲面锥流场激波面半锥角，下面介绍由圆锥顶点与交点7之间的轴对称曲面锥母线2、圆锥顶点与特定位置5之间的第一后掠激波曲线11、交点7与特定位置5之间的右行特征线构成的三角形流动区域的求解方法,如图2所示。

方法一，当圆锥顶点与交点7之间的轴对称曲面锥母线2为直线时，由圆锥顶点与交点7之间的轴对称曲面锥母线2、圆锥顶点与特定位置5之间的第一后掠激波曲线11、交点7与特定位置5之间的右行特征线构成的三角形流动区域为圆锥流场。给定来流条件，轴对称曲面锥半锥角13，特定位置5与轴对称曲面锥流场圆锥顶点的轴向距离6，即可利用龙根库塔方法求解Tylor-Macooll方程，唯一对应的圆锥流场以及对应的第一后掠激波曲线。

方法二，当已知一阶导数连续的第一后掠激波曲线11时，由圆锥顶点与交点7之间的轴对称曲面锥母线2、圆锥顶点与特定位置5之间的第一后掠激波曲线11、交点7与特定位置5之间的右行特征线构成的三角形流动区域是任意轴对称曲面锥流场。给定来流条件，轴对称曲面锥流场激波面半锥角14，第一后掠激波曲线11，特定位置5与轴对称曲面锥流场圆锥顶点的轴向距离6，利用有旋特征线理论中第一边值问题的求解方法(见《空气动力学》，钱翼稷，P220-226)，即可求得唯一与之对应的轴对称曲面锥流场以及对应的位于圆锥顶点与交点7之间的轴对称曲面锥母线2。

方法三，当已知位于圆锥顶点与交点7之间的轴对称曲面锥母线2时，由圆锥顶点与交点7之间的轴对称曲面锥母线2、圆锥顶点与特定位置5之间的第一后掠激波曲线11、交点7与特定位置5之间的右行特征线构成的三角形流动区域是任意轴对称曲面锥流场。给定来流条件，轴对称曲面锥半锥角13，位于圆锥顶点与交点7之间的轴对称曲面锥母线2，特定位置5与轴对称曲面锥流场圆锥顶点的轴向距离6，利用Tylor-Macooll方程和有旋特征线理论中关于激波边界的求解方法(见《Gas Dynamics》Zucrow，P222)，即可求得唯一与之对应的轴对称曲面锥流场以及对应的第一后掠激波曲线11。

需要指出的是，轴对称曲面锥半锥角13必须保持激波附体条件，即轴对称曲面锥半锥角13不能大于激波附体于轴对称曲面锥的最大折转角。

S4、给定参数条件，利用特征线法获取过渡区域流场的表达式；

具体的，定义在特殊位置5，第二后掠激波曲线12与对称中心轴所夹锐角15为第二后掠角15。定义在特殊位置5，第一后掠激波曲线11与对称中心轴所夹锐角16为第一后掠角16。注意本专利约定第二后掠角15始终大于第一后掠角16。需要进一步说明的是，在第一后掠激波曲线11和第二后掠激波曲线12上任意位置的切向方向与对称中心轴所夹锐角代表双后掠轴对称曲面锥流场在该位置产生激波的激波角。

由此可见，特殊位置5是一个奇点，在相同来流条件下，特殊位置5在第一后掠激波曲线11一侧的波后流动参数(马赫数、气流方向角、压力、密度、温度等)与特殊位置5在第二后掠激波曲线12一侧的波后流动参数变化不连续，呈现阶跃变化。为此，需要设计双后掠轴对称曲面锥流场过渡区域流场，该区域设计可采用如下方法。

假定在奇点特殊位置5，激波角由第一后掠角16连续均匀变化为第二后掠激波角15，已知来流条件，根据斜激波波前波后气流参数关系式，可得到一条坐标完全相同(特殊位置5)，波后流动参数(马赫数、气流方向角、压力、密度、温度等)均匀变化的初值线，约定在特定位置5，点5表示坐标与特定位置5相同，波后流动参数为激波角等于第一后掠角16的波后参数，点5’表示坐标与特定位置5相同，波后流动参数为激波角等于第二后掠角15的波后参数。由此可见位于点5和点5’之间的“曲线”是一条空间坐标上没有变化但波后流动参数变化显著的“点”流线。此时，过点5’的右行特征线与轴对称曲面锥母线2交于点17。

已知点5与交点7之间的右行特征线(见步骤S1)、点5和点5’之间的“点”流线，即可按照特征线理论中第二边值问题(见《空气动力学》，钱翼稷，P220-226)生成由交点7与特定位置5之间的右行特征线、点5和点5’之间的流线、点5’与点17之间的右行特征线、点17与点7之间的轴对称曲面锥母线2构成的四边形流场区域5-5’-17-7。如图3、4所示。

S5、给定参数条件，利用特征线法获取第二曲面锥流场的表达式。

进一步，所述步骤S5中，已知第二曲面锥流场对应的轴对称曲面锥母线起始点和终止点分别与对称中心轴的径向距离，根据容积约束，采用B样条曲线对该轴对称曲面锥母线进行参数化，并结合第二右行特征线，利用有旋特征线理论中关于激波边界的求解方法，获取第二曲面锥流场的表达式。

进一步，所述步骤S5中，已知第二右行特征线和第二后掠激波曲线，利用有旋特征线理论中第一边值问题的求解方法，获取第二曲面锥流场的表达式。

具体的，定义点17与对称中心轴的径向距离为距离18，定义终止点10与对称中心轴的径向距离为距离19。由点5’与点17之间的右行特征线、位于点17和终止点10之间的轴对称曲面锥母线2、终止点10和终止点8之间的垂直线段、第二后掠激波曲线12四条曲线围城的四边形流动区域的流场20计算方法如下：

方法一，已知点17与对称中心轴的径向距离为距离18，终止点10与对称中心轴的径向距离为距离19，根据容积约束，采用B样条/Bezier曲线对位于点17和终止点10之间的一阶导数连续的轴对称曲面锥母线2进行参数化，由此可得到具有普遍意义的位于点17和终止点10之间的轴对称曲面锥母线2的型线表达式。

已知点5’与点17之间的右行特征线(见步骤S3)，已知位于点17和终止点10之间的一阶导数连续的轴对称曲面锥母线2，利用有旋特征线理论中关于激波边界的求解方法(见《Gas Dynamics》Zucrow，P222)，即可求得由点5’与点17之间的右行特征线、位于点17和终止点10之间的轴对称曲面锥母线2、终止点10和终止点8之间的垂直线段、第二后掠激波曲线12四条曲线围城的四边形流动区域的流场20。

由此可得到位于点17和终止点10之间的轴对称曲面锥母线2的阻力，再利用遗传算法/神经网络等优化方法，对位于终止点10之间的一阶导数连续的轴对称曲面锥母线2进行参数化优化研究，可最终求得满足给定容积条件和阻力约束下的型线表达式及与之唯一对应的四边形流动区域流场20。如图5所示。

方法二，已知点5’与点17之间的右行特征线(见步骤S3)，已知位于点5’和终止点8之间的第二后掠激波曲线12，利用有旋特征线理论中第一边值问题的求解方法(见《空气动力学》，钱翼稷，P220-226)，即可求得由由点5’与点17之间的右行特征线、位于点17和终止点10之间的轴对称曲面锥母线2、终止点10和终止点8之间的垂直线段、第二后掠激波曲线12四条曲线围城的四边形流动区域的流场20。

S6、根据步骤S3、S4和S5，生成双后掠轴对称曲面锥流场；

S7、在双后掠轴对称曲面锥流场的后缘截面，根据双后掠乘波体的宽度确定后缘激波型线，给定约束条件，获取双后掠乘波体前缘线沿轴向投影于后缘截面内的投影曲线。

进一步，所述步骤S7中，约束条件为后缘激波型线上任意一点与后缘激波型线所在圆的圆心之间的连线，与投影曲线有且仅有一个交点一一对应。

具体的，通过步骤S3至S5，生成了轴对称曲面锥激波曲线具有双后掠特征的双后掠轴对称曲面锥流场21。轴对称曲面锥激波曲线3绕对称中心轴旋转生成轴对称曲面即为双后掠轴对称曲面锥流场21的激波面22。定义过轴对称曲面锥母线2终止点10且与对称中心轴垂直的平面为双后掠轴对称曲面锥流场21的后缘截面23(后简称后缘截面23)。双后掠轴对称曲面锥流场21的激波面22与后缘截面23交线24(后简称交线24)为一个圆，该圆被过对称中心轴的竖直平面分为左右侧对称的两个部分，左侧部分与右侧部分相交于点25，点25与对称中心轴的距离26为底部截面激波圆24所在圆的有效半径26。如图5,6所示。

约定双后掠乘波体以过对称中心轴的竖直平面对称，则在交线24内，位于交线24所在圆圆心下方的任意水平线与交线24相交，分别为位于交线24左侧部分的交点27和位于交线24右侧部分的交点28，交点27和交点28的水平距离即为双后掠乘波体的宽度。此时，位于交点27和交点28之间的水平弦将圆形交线24分割为两部分，分别为位于交点27和交点28之间的水平弦之上的优弧段和位于交点27和交点28之间的水平弦之下的劣弧段。如图7，8所示。

以圆形交线24位于交点27和交点28之间的水平弦之下的劣弧段作为双后掠乘波体激波面与后缘截面23的交线，后简称后缘激波型线29。如图7，8所示。

由此可见，任意以后缘激波型线29作为双后掠乘波体激波面在后缘截面23内的约束条件，所产生的双后乘波体构型的前缘沿轴向向后投影至后缘截面23内，所产生的投影曲线必然位于交点27和交点28之间。

在设计过程中，通过一定的约束条件，约束双后掠乘波体前缘沿轴向在后缘截面23内的，位于交点27和交点28之间的投影曲线30，即可生成与之对应的双后掠乘波体构型。例如：1)最为简单的，以位于交点27和交点28之间水平弦作为双后掠乘波体前缘沿轴向在后缘截面23内的投影曲线30；2)位于交点27和交点28之间，满足公式(8)或者更为复杂的曲线作为双后掠乘波体前缘沿轴向在后缘截面23内的投影曲线。如图7，8所示。公式(8)具体如下：

f(x)＝ax³+bx²+cx+d (8)

上段所述双后掠乘波体前缘沿轴向在后缘截面23内的投影曲线必须满足的约束条件如下：后缘激波型线29上的任意一点与后缘激波型线29所在圆形交线24的圆心之间的连线，与双后掠乘波体前缘沿轴向在后缘截面23内的投影曲线30有且仅有一个交点一一对应。

S8、所述投影曲线沿对称中心轴轴向向前扫掠所形成的曲面与双后掠轴对称曲面锥流场的激波面相交，生成双后掠乘波体前缘线。

具体的，双后掠乘波体前缘沿轴向在后缘截面23内的投影曲线30沿对称中心轴轴向向前扫掠，形成的曲面31与双后掠轴对称曲面锥流场的激波面22相交，形成的交线即为双后掠乘波体前缘线32,如图9所示。

S9、以双后掠乘波体前缘线上的离散点簇为起点，在双后掠轴对称曲面锥流场内进行顺向流线追踪得到以所述离散点簇为起点的流线簇，形成双后掠乘波体乘波面，并获取双后掠乘波体自由流面和双后掠乘波体后缘截面，完成乘波体设计。

具体的，以双后掠乘波体前缘线32上的离散点簇为起点，在后缘激波型线29的约束条件下，在双后掠轴对称曲面锥流场21内进行顺向流线追踪得到以上述离散点簇为起点的流线簇，由这些流线簇组成了双后掠乘波体乘波面33，双后掠乘波体乘波面33与后缘截面23的交线为34。如图10所示。

定义位于由双后掠乘波体前缘线32，双后掠乘波体乘波面33与后缘截面23的交线34构成的封闭区域内的曲面31为双后掠乘波体自由流面35，位于由双后掠乘波体前缘沿轴向在后缘截面23内的投影曲线30，双后掠乘波体乘波面33与后缘截面23的交线为34构成的封闭区域内的后缘截面23为双后掠乘波体后缘截面36。如图11所示。

由双后掠乘波体自由流面35，双后掠乘波体后缘截面36,双后掠乘波体乘波面33构成的封闭体构型即为本专利所述流线追踪轴对称曲面锥流场的双后掠乘波体。如图11，12所示。

本发明涉及一种流线追踪轴对称曲面锥流场的双后掠乘波体设计方法，通过设计获得一种具有双后掠特征的轴对称曲面锥流场，在具有双后掠特征的轴对称曲面锥流场内，采用流线追踪技术，获得了继承源流场特征的双后掠乘波体构型。该构型在一定范围内可获得高升阻比、高容积率、宽速域性能等优势。

采用本技术得到了与预期一致的双后掠乘波体构型。双后掠乘波体乘波面流场分别继承了其基准流场的升阻特性及压缩特性，数值仿真的研究结果表明，流场结构及表面流动参数分布与设计完全一致。如图13所示。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种流线追踪轴对称曲面锥流场的双后掠乘波体设计方法，其特征在于，包括步骤：

S1、给定基本型线和参数，包括轴对称曲面锥母线和对应的轴对称曲面锥激波曲线，所述轴对称曲面锥激波曲线在其值域范围内连续且一阶导数间断，且对应间断点将轴对称曲面锥激波曲线分为第一后掠激波曲线和第二后掠激波曲线；

S2、迭代法计算所述间断点在第一后掠激波曲线一侧的第一右行特征线和间断点在第二后掠激波曲线一侧的第二右行特征线，所述第一右行特征线和第二右行特征线将曲面锥流场分割为第一曲面锥流场、过渡区域流场合第二曲面锥流场；

S3、给定参数条件，获取第一后掠激波曲线、第一曲面锥流场和对应的轴对称曲面锥母线的表达式；

S4、给定参数条件，利用特征线法获取过渡区域流场的表达式；

S5、给定参数条件，利用特征线法获取第二曲面锥流场的表达式；

S6、根据步骤S3、S4和S5，生成双后掠轴对称曲面锥流场；

S7、在双后掠轴对称曲面锥流场的后缘截面，根据双后掠乘波体的宽度确定后缘激波型线，给定约束条件，获取双后掠乘波体前缘线沿轴向投影于后缘截面内的投影曲线；

S8、所述投影曲线沿对称中心轴轴向向前扫掠所形成的曲面与双后掠轴对称曲面锥流场的激波面相交，生成双后掠乘波体前缘线；

S9、以双后掠乘波体前缘线上的离散点簇为起点，在双后掠轴对称曲面锥流场内进行顺向流线追踪得到以所述离散点簇为起点的流线簇，形成双后掠乘波体乘波面，并获取双后掠乘波体自由流面和双后掠乘波体后缘截面，完成乘波体设计。

2.根据权利要求1所述的一种流线追踪轴对称曲面锥流场的双后掠乘波体设计方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述对应的轴对称曲面锥母线为直线时，给定来流条件，轴对称曲面锥半锥角，间断点至圆锥顶点的轴向距离，利用龙根库塔方法求解Tylor-Macooll方程，获取第一后掠激波曲线和第一曲面锥流场的表达式。

3.根据权利要求1所述的一种流线追踪轴对称曲面锥流场的双后掠乘波体设计方法，其特征在于，所述步骤S3中，已知第一后掠激波曲线表达式时，给定来流条件，轴对称曲面锥流场激波面半锥角，间断点至圆锥顶点的轴向距离，利用有旋特征线理论中第一边值问题的求解方法，获取第一曲面锥流场和对应的轴对称曲面锥母线的表达式。

4.根据权利要求3所述的一种流线追踪轴对称曲面锥流场的双后掠乘波体设计方法，其特征在于，所述步骤S3中，已知对应的轴对称曲面锥母线的表达式时，给定来流条件，轴对称曲面锥半锥角，间断点至圆锥顶点的轴向距离，利用Tylor-Macooll方程和有旋特征线理论中关于激波边界的求解方法，获取第一后掠激波曲线和第一曲面锥流场的表达式。

5.根据权利要求2至4任一项所述的一种流线追踪轴对称曲面锥流场的双后掠乘波体设计方法，其特征在于，所述来流条件包括来流马赫数、静压、静温。

6.根据权利要求1所述的一种流线追踪轴对称曲面锥流场的双后掠乘波体设计方法，其特征在于，所述步骤S5中，已知第二曲面锥流场对应的轴对称曲面锥母线起始点和终止点分别与对称中心轴的径向距离，根据容积约束，采用B样条曲线对该轴对称曲面锥母线进行参数化，并结合第二右行特征线，利用有旋特征线理论中关于激波边界的求解方法，获取第二曲面锥流场的表达式。

7.根据权利要求1所述的一种流线追踪轴对称曲面锥流场的双后掠乘波体设计方法，其特征在于，所述步骤S5中，已知第二右行特征线和第二后掠激波曲线，利用有旋特征线理论中第一边值问题的求解方法，获取第二曲面锥流场的表达式。

8.根据权利要求1所述的一种流线追踪轴对称曲面锥流场的双后掠乘波体设计方法，其特征在于，所述步骤S7中，约束条件为后缘激波型线上任意一点与后缘激波型线所在圆的圆心之间的连线，与投影曲线有且仅有一个交点一一对应。

Images