側向力發動機狹縫噴管擴散段設計方法與流程
2023-05-29 08:35:46
本發明涉及一種固體火箭發動機噴管的設計方法，尤其是涉及直接側向力發動機狹縫噴管擴散段的設計。
背景技術：
側向力發動機可以有效提高飛行器的機動性能，增大其生存能力，但是在使用過程中側向噴流與飛行器體外繞流的耦合作用會給飛行器的精確控制帶來很大的困難，將側向力發動機噴管的擴散段置於飛行器的外表面可以解決上述問題。為了適應飛行器的氣動外形，必須將噴管的擴散段出口設計成大長寬比的矩形。
目前的公開文獻資料中並沒有關於狹縫噴管的設計方法和設計準則。現有的文獻資料中主要使用超橢圓方法，矩形倒圓角的設計方法設計圓形入口，矩形出口的氣流通道，其設計對象從圓形入口到矩形出口的過渡過程中保持橫截面積不變，不能實現對氣流的加速；另一大類是使用二維噴管近似設計方法，等長度等截面積轉換法及三維噴管直接設計方法對噴管的型面進行設計，但是公開的文獻資料中的噴管矩形出口的長寬比較小，不能滿足噴管出口大長寬比（長寬比大於7）的要求。
技術實現要素：
本發明解決的問題是提供一種出口為大長寬比矩形的側向力發動機狹縫噴管擴散段設計方法，本發明中提及的大長寬比指的是長寬比大於7。
本發明提供的側向力發動機狹縫噴管擴散段設計方法中，通過矩形倒圓角實現從圓形入口到大長寬比矩形出口的過渡。
進一步，所述擴散段截面的長寬比 為：
，
，
其中，入口處，入口處的截面寬高比；出口處，出口處的截面寬高比為，n為出口矩形的寬高比；為歸一化函數；為截面長寬比沿程漸變指數，為經驗值。
進一步，的取值為0.8、0.9、1中的任意一個。
進一步，所述擴散段入口處截面為圓形，入口到出口之間的截面為倒圓角矩形，所述倒圓角矩形的倒角半徑為：
，
，
其中，為倒角度，入口處，入口處的倒角度；出口處，出口處矩形的倒角度為；為歸一化函數 ，為倒角半徑沿程漸變指數，是經驗值。
進一步，的取值為0.8、0.9、1中的任意一個。
進一步，擴散段的截面面積為：
其中，為該截面處矩形長邊值的一半， 為倒角度， 為截面長寬比 。
截面面積沿程變化通過如下方程進行控制：
其中入口處，截面積入口面積；出口處，截面積矩形出口面積；為歸一化函數；為截面積沿程漸變指數。
進一步，的取值為0.8、0.9、1.0中的任意一個。
本發明還提供依據所述的側向力發動機狹縫噴管擴散段設計方法設計得到的側向力發動機狹縫噴管擴散段。
本發明的優點包括：設計出一種出口為大長寬比矩形的側向力發動機狹縫噴管擴散段，減小側向噴流與飛行器體外繞流耦合作用；
通過方程控制側向力發動機狹縫噴管擴散段截面幾何參數，易於實現對噴管設計參數的精確控制，確保設計噴管能夠滿足性能指標。
附圖說明
圖1為本發明實施例提供的側向力發動機狹縫噴管擴散段的截面倒圓角矩形示意圖；
圖2為本發明實施例提供的側向力發動機狹縫噴管擴散段的結構示意圖。
具體實施方式
下文中，結合附圖和實施例對本發明作進一步闡述。
首先，將過渡截面的倒圓角矩形用方程進行描述。
圖1為本發明實施例提供的側向力發動機狹縫噴管擴散段的截面倒圓角矩形示意圖，在設計過程中通過方程控制矩形的半寬1，矩形的半長2，矩形的倒角半徑3來實現對過渡截面的控制。
矩形的長和寬通過如下公式進行控制：
(1)
(2)
其中AR(x)=b(x)/a(x)，其中a(x)為矩形的半寬，b(x)為矩形的半長，入口處，入口處的截面寬高比；出口處，出口處的截面寬高比為，n為出口矩形的寬高比；為歸一化函數；為截面長寬比沿程漸變指數，為經驗值。經過數值計算驗證，在本發明的優選實施例中，的取值為0.8、0.9、1中的任意一個。
矩形的倒角半徑通過如下方程進行控制：
(3)
(4)
其中BR(x)=c(x)/a(x)，c(x)為倒角半徑，入口處，入口處的倒角度；出口處，出口處矩形的倒角度為；為歸一化函數，為倒角半徑沿程漸變指數，是經驗值。在本發明的優選實施例中，的取值為0.8、0.9、1中的任意一個。
噴管擴散段的截面積沿程變化規律由方程進行描述，通過控制方程中的參數來控制沿程截面積的變化規律。
參照圖2所示，狹縫噴管的擴散段由圓形入口4通過倒圓角矩形5過渡到大長寬比的矩形出口6。倒圓角矩形5的截面面積計算公式：
(5)
截面積沿程變化通過如下方程進行控制：
(6)
(7)
其中入口處，截面積入口面積；出口處，截面積矩形出口面積；為歸一化函數；為截面積沿程漸變指數；在本發明的優選實施例中的取值為0.8、0.9、1.0中的任意一個。
通過三維造型軟體依據各截面的形狀完成實體造型。
本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬於本發明技術方案的保護範圍。