內(nèi)聚錐形激波的非均勻強(qiáng)化與結(jié)構(gòu)演變特征

姬雋澤, 張恩來(lái), 司東現(xiàn), 李祝飛, 楊基明

(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué), 安徽合肥 230027)

引 言

內(nèi)轉(zhuǎn)式進(jìn)氣道以其流量捕獲、 壓縮效率等方面的性能優(yōu)勢(shì), 在新一代高超聲速進(jìn)氣道研發(fā)中受到了廣泛的關(guān)注[1-3]. 與傳統(tǒng)二元進(jìn)氣道不同的是, 內(nèi)轉(zhuǎn)式進(jìn)氣道內(nèi)部流動(dòng)具有復(fù)雜的三維特性. 由于采用以軸對(duì)稱基準(zhǔn)流場(chǎng)為主要特征的設(shè)計(jì)特點(diǎn)[4-5], 幾何約束下的流動(dòng)匯聚成為內(nèi)轉(zhuǎn)式進(jìn)氣道流動(dòng)中的突出問(wèn)題之一. 20世紀(jì)40年代, Ferri[6]利用特征線方法計(jì)算軸對(duì)稱流動(dòng)時(shí), 就已發(fā)現(xiàn)內(nèi)錐形激波在入射軸線的過(guò)程中強(qiáng)度不斷增加. 雖然當(dāng)時(shí)流動(dòng)匯聚這一問(wèn)題已經(jīng)暴露, 但與此相關(guān)的研究十分有限. 一直以來(lái), 研究者在設(shè)計(jì)內(nèi)轉(zhuǎn)式進(jìn)氣道時(shí)為削弱匯聚效應(yīng)的影響, 抑制流場(chǎng)中心熱力學(xué)參數(shù)的劇烈變化, 提高進(jìn)氣道性能, 大都采用設(shè)置中心體的方案[7-8]. 這種做法雖然在一定程度上回避了匯聚中心的矛盾激化, 但并未從根本上解決流動(dòng)匯聚的復(fù)雜機(jī)理問(wèn)題. 此外, 進(jìn)氣道下游的隔離段多采用類圓形截面設(shè)計(jì)[9-10], 內(nèi)部由近軸對(duì)稱約束的流動(dòng)匯聚問(wèn)題同樣不可忽視.

近些年來(lái), 錐形匯聚激波的相關(guān)機(jī)理研究日益受到關(guān)注. 1997年, M?lder[11]細(xì)致地刻畫(huà)了軸對(duì)稱內(nèi)錐形入射激波不斷強(qiáng)化, 并最終演化出Mach盤(pán)的現(xiàn)象. Timofeev等[12]和Isakova等[13]通過(guò)多種途徑, 驗(yàn)證了在軸對(duì)稱流場(chǎng)中匯聚激波必然發(fā)生Mach反射的結(jié)論. 即使激波初始強(qiáng)度很弱, 隨著向軸心的匯聚, 也會(huì)最終發(fā)展為足以出現(xiàn)Mach盤(pán)的較強(qiáng)激波, 這與二……