聲爆高精度預測技術(shù)是新一代環(huán)保型超聲速客機設(shè)計的核心關(guān)鍵技術(shù)之一。基于廣義Burgers方程發(fā)展了可考慮"大氣風"效應(yīng)的遠場高精度預測方法,開發(fā)了聲爆預測程序"bBoom",并研究了近場聲爆信號提取位置和"大氣風"對遠場聲爆計算結(jié)果的影響。首先,給出了廣義Burgers方程和聲爆傳播射線的計算方法,重點討論了方程中計算分子弛豫效應(yīng)和熱黏吸收效應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)。其次,通過簡單軸對稱構(gòu)型標模算例、NASA的C25D構(gòu)型和洛馬的LM1021構(gòu)型等復雜超聲速客機算例對所發(fā)展的方法進行了驗證,表明本文發(fā)展的方法在預測遠場聲爆時具有較高可信度。最后,基于所發(fā)展的方法對比了由不同近場提取位置傳播到地面的波形,研究了飛機向不同方向飛行時,"大氣風"對地面聲爆強度和地面影響域的影響。結(jié)果表明:對于類C25D標模構(gòu)型,為了確保遠場聲爆預測結(jié)果具有較高精度,應(yīng)取機身下方約3倍機身長度位置處的近場壓強信號作為傳播方程的輸入;另外,"大氣風"會影響地面聲爆強度及地面影響域,在預測時有必要加以考慮。 

【文章來源】：空氣動力學學報. 2019,37(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

圖１波音公司擬研發(fā)的下一代超聲速客機［４］Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｎｅｘｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃｔｒａｎｓｐｏｒｔ［４］

?。對（１０）式進行離散，可得：Ｒ（ｉ＋１）＝Ｒ（ｉ）＋ΔＲ（ｉ）Ｎ（ｉ＋１）＝Ｎ（ｉ）＋ΔＮ（ｉ）｛（１１）其中，ΔＲ（ｉ）＝（ｃ０Ｎ＋Ｗ）｜ｉΔｔΔＮ（ｉ）＝［（Ｉ－Ｎ?ＮＴ）!（ｃ０＋Ｗ·Ｎ）］｜ｉΔｔ烅烄烆（１２）式中：Δｔ為聲爆在空間傳播過程中第ｉ步到第ｉ＋１步的時間間隔。在計算聲線管面積時，通常的做法是計算由四條聲線圍成的“管”［４１］，如圖２所示。圖中Δφ為聲線在飛機周向上的角度增量。則聲線管面積的計算式為：Ａ＝１２｛（Ｒ４－Ｒ１）×（Ｒ３－Ｒ２）｝·Ｎ１（１３）１．３數(shù)值求解方法用數(shù)值方法求解方程（１）時，直接對分子弛豫過程進行離散比較困難，通常的求解策略是采用“算子分裂法”［２２］。在很小的空間推進步Δσ內(nèi)，分別單獨計算式（１）中各個效應(yīng)對聲學壓強的影響，即依次單獨求解式（１４）－（１８），并將前一方程的解作為后一方程的輸入，從而達到各個效應(yīng)解耦的目的。已經(jīng)證明，當Δσ足夠小時，采用算子分裂法的計算結(jié)果收斂于式（１）的解［４２－４３］。圖２聲線管面積求解示意圖Ｆｉｇ．２Ｓｋｅｔｃｈｏｆｒａｙｔｕｂｅａｒｅａｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?Ｐ?σ＝∑ｊＣｊ（１＋θｊ??τ）?２Ｐ?τ２（１４）?Ｐ?σ＝１Γ?２Ｐ?τ２（１５）?Ｐ?σ＝－１２Ａ?Ａ?σ

圖３所開發(fā)的ｂＢｏｏｍ程序求解廣義Ｂｕｒｇｅｒｓ方程的框架Ｆｉｇ．３Ｆｒａｍｅｗｏｒｋｏｆ“ｂＢｏｏｍ”ｃｏｄｅｓｏｌｖｉｎｇａｕｇｍｅｎｔｅｄＢｕｒｇｅｒｓｅｑｕａｔｉｏｎｕｓｉｎｇａｎｏｐｅｒａｔｏｒｓｐｌｉｔｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ分裂法將式（１）右邊各項效應(yīng)依次進行單獨求解，每一效應(yīng)求解過程中均采用有限差分方法；最后，沿傳播路徑重復上一過程，直至傳播到地面，即獲得地面聲爆波形。圖４為所開發(fā)的“ｂＢｏｏｍ”程序中，坐標系定義及聲爆傳播周向角?的定義。坐標原點Ｏ定義為聲爆由機體開始向外傳播時的飛機位置，ｘ軸為沿飛機軸線指向飛行方向，ｙ軸為垂直于飛機軸線指向飛行員的右側(cè)，ｚ軸根據(jù)右手坐標系定義，其垂直于ｘＯｙ平面向下。聲爆傳播周向角定義為由ｚ軸向ｙ偏轉(zhuǎn)時為正，?＝０°時代表聲爆向飛機正下方傳播（Ｕｎｄｅｒ－ｔｒａｃｋ）。另外，定義ｘ軸正向與正北向的夾角β為飛機飛行方位角。針對有“大氣風”的大氣剖面，該角度對地面聲爆計算具有重要作用。圖４“ｂＢｏｏｍ”程序所采用的坐標系統(tǒng)及傳播周向角定義Ｆｉｇ．４Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｒｏｌｌａｎｇｌｅｏｆｓｏｎｉｃ－ｂｏｏｍｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｃｏｄｅ“ｂＢｏｏｍ”２算例驗證與討論２．１標模算例驗證以ＡＩＡＡ第二屆聲爆預測研討會（ＳＢＰＷ－２）［４４－４６］提供的軸對稱標模、低聲爆概念機Ｃ２５Ｄ構(gòu)型和ＬＭ１０２１構(gòu)型為例，驗證所

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3262042