振动激发对激波反射的影响

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaAug．252017Vol38No．8SSN1000-6893ON11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．crl振动激发对激波反射的影响彭俊1’2，张子健h2，周凯1’2，胡宗民1’2一，姜宗林1’21．中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室，北京i001902．中国科学院大学工程科学学院，北京100049摘要：定常激波反射分为规则反射和马赫反射，在不同条件下2种反射结构之间会相互转变。高超声速流

2、动中的激波反射问题常面lI缶高温气体效应，随着温度逐渐升高，最先出现的足空气分子振动激发。通过理论分析和定量计算，研究了振动激发对激波反射及其转变规律的影响。首先给出考虑振动激发的空气热力学模型，并分析其与量热完全气体的差异以及对激波关系的影响；接着分析在规则反射和马赫反射中，振动激发对激波反射流场的影响规律；最后讨论振动激发对激波反射转变2个准则点的影响。研究结果表明，振动激发使激波极线的整体轮廓变大，且这种差异在经过一次激波反射之后被明显放大，会对激波反射的流场产生重大影响；对于激波反射的转变，振动激发使转变的2个准则点都变大，且

3、对规则反射向马赫反射转变的脱体准则影响更大。关键词：激波反射；振动激发；马赫反射；转变准则；高超声速流动中图分类号：V211．22文献标识码：A文章编号：10006893(2017)08—121055—11激波广泛存在于自然界和人类科技活动中，是气体动力学最具特色的基本物理现象之一，是能够在流动内部诱导旋涡的重要物理过程，表现出强间断与非线性的气动物理特征。在激波传播过程中，当传播条件发生改变时，包括壁面出现、流动介质属性改变、其他流场结构存在等，激波会与其产生相互作用而发生反射，形成激波反射流场结构。在不同条件下，会形成各种具有不同

4、特征的激波反射结构，包括规则反射、马赫反射等，出现反射激波、马赫杆、滑移线、三波点等典型流场结构[1]。在某些条件下，甚至会形成双马赫反射、弱激波反射以及一些过渡或反转激波反射结构，出现双马赫杆、前向射流[2。3]、多超声速区[4。5]、拐点。1“1等特殊流场结构。当产生激波反射的条件发生变化时，各种不同反射结构之间会发生相互转变，存在各种转变准则[1’7。⋯。自vonNeu—mann[9。1虻于20世纪40年代对激波反射现象进行深入研究开始，经过70多年的努力，人们提出了各种分析理论、试验技术和计算方法，发现了各种激波反射结构，得到

5、了各种波系结构产生的不同物理机制，对激波反射现象的认识越来越深入并日臻完善。激波反射问题得到广泛深入的研究，除了由于其本身具有的重要流动物理意义之外，更重要的是由于其具有很强的工程应用背景，且在不同应用背景之下，激波反射现象具有不同的利弊。在超／高超声速飞行器机身外表面、翼面以及进气道内，激波在壁面上的反射，会与壁面附近的边界层发生相互作用，在激波反射点附近区域，流动现象很复杂，可能会发生流动分离、激波非定常运动、旋涡运动、压力波动、混合和湍流等问题[11。”]。一旦出现流动分离，产生了分离泡，激收稿日期：2016—12—15；退修日

6、期：2017-01—04；录用日期：2017—02-24；网络出版时间：2017—03．2317：50网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detaif／111929V．201703231750008html基金项目：国家自然科学基金(11672308，1{532014)*通讯作者E—mail：huzm@imech．accn引用格式：彭俊，张子健．周觊．等振动激发对激渡反射的影响!J]航空学报，2017．38(8)：121055PENGJ，ZHANGZJ．ZHOUK．efalEffectsofvibrationexcitati

7、onORshockreflectionsEJJActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2017，38(8)二121055121055．1航空学报波波系会发生变化，进而引起压力载荷的变化，在流动再附点还会引起热流的增加。在超燃冲压发动机进气道和隔离段中，超声速气流进入进气道后形成的定常激波在上下壁面间不断反射，形成一系列激波串，完成来流压缩过程[1314I。在发动机尾喷管的超声速射流中，斜激波在对称轴反射形成马赫盘以及一系列激波／膨胀波相关的多级反射的菱形结构，对发动机性能产生重要影响[13。1⋯。在预混

8、可燃气体中的激波反射能形成局部高温高压区，可实现爆轰直接点火或爆燃向爆轰转变，是爆轰现象研究和爆轰发动机研制的关键技术[16。1⋯。工程上利用与控制激波反射，非常依赖于能否清晰地认识各种反射结构的特征及其产生机理，以及在