激波反射迟滞现象引起的高超声速进气道起动机制研究

This project aims at some hysteresis phenomena found in the research about hypersonic inlet, analyzing the structure and the mechanism of the flow field in the inlet starting process with respective of the shock reflection hysteresis phenomena. The optical observation technologies such as high-speed Schlieren, PIV, nano-particles planar laser scattering (NPLS) technology are comprehensively used in the experimental study, complemented by the hybrid LES/RANS numerical simulation. The above research methods are adopted to study the flow field structure and the structural development process of the shock reflection hysteresis with viscous in the free space and confined channels. By analyzing the evolution process of the flow field, the study will reveal the mechanism of the hysteresis phenomenon contained in the starting process of the hypersonic inlet working in higher Mach number, the restart process of the inlet induced by the downstream jet or back pressure, the shock-induced boundary layer separation in the confined channels, and will reveal the coupling relationship between the shock reflection hysteresis and the inlet starting hysteresis. The study project will also subdivide the starting types of the hypersonic inlet, which is not only of great theoretical significance for revealing the mechanism of the inlet restarting process, but also of great contributing to establish the self-starting physical models of the hypersonic inlet.

项目针对在高超声速进气道起动问题研究中发现的一些迟滞过程，提出从激波反射迟滞现象着手，分析进气道起动过程的流场结构及流动机理。项目综合运用高速纹影仪、PIV、纳米粒子平面激光散射（NPLS）技术等光学试验观测手段，辅以混合LES/RANS数值模拟方法，获取自由空间中粘性条件下和受限通道内激波反射迟滞现象的流场结构和流动发展过程；通过对流场演化规律的分析，明晰进气道高马赫数起动过程迟滞、隔离段下游反压改变引起进气道流场结构迟滞、进气道内激波诱导分离区迟滞等现象的流动机理，从"微观"层次剖析进气道内的激波反射迟滞与进气道起动过程迟滞之间的耦合关系。该项目研究将细分引起进气道出现起动问题的类型，对揭示进气道起动过程的流动机理具有重要的理论意义，同时也有助于建立高超声速进气道自起动物理模型。

本项目研究内容来源于项目组在高超声速进气道研制过程中遇到的进气道超额定不启动现象。主要研究内容包括（1）粘性条件下激波反射迟滞现象流动机理研究（2）进气道内通道激波反射迟滞现象流动机理研究（3）进气道下游扰动引起的流场迟滞现象流动机理研究。 ..通过本项目的研究，在粘性条件下激波反射迟滞现象流动机理、隔离段内流场迟滞现象流动机理、进气道下游反压引起的流场迟滞现象和激波串振荡现象的流动机理等方面取得了一些创新性研究成果。..在激波反射迟滞理论方面，通过无粘和有粘条件下激波反射流场结构的分析，利用自由相互作用理论，建立了激波反射迟滞过程分析和流场结构理论模型。该模型的建立，对认识进气道超额定不启动现象的理解具有重要理论意义。..在受限通道激波反射流场结构和流场结构迟滞现象研究方面，通过NPLS流场显示技术，获得了二维定常激波反射的精细流场结构，并通过CFD分析了激波反射的转捩过程。获得了超声速进气道内通道流场结构的演化和迟滞过程，发现了双分离区的融合、分离现象的迟滞特性。另外，还提出了一种采用逆向射流的方式实现激波反射类型转捩的手段。通过对受限通道流场结构的分析，得到了流动受限条件下激波反射类型转变的迟滞过程和流场演化规律，对于深入理解进气道超额定迟滞流动机理具有重要的参考价值。..在激波反射迟滞与进气道再启动相互作用机理研究方面，通过NPLS、纹影、CFD等手段，获得了进气道在超额定、有下游扰动情况下的流场结构和不启动、再启动过程，结合前述对激波反射迟滞流场演化过程的分析，形成了对进气道再启动过程流场演化过程的理论认识。..通过本项目的研究，揭示了进气道不启动流场的流动机理，形成了通过控制波系实现进气道超额定工况下正常启动的深刻认识。