管内斜激波附面层干扰结构对下游压力扰动的响应特性研究

The oblique shock train flow structure, which involves an interaction between the duct's peripheral boundary layer and central oblique shock wave field,plays an important role in isolating downstream pressure perturbations. The mechanism by which downstream pressure disturbances interact on the oblique shock train during the isolating process is very complicated and not well understood. To further the understanding of the key mechanism, a fundamental investigation of the response to downstream pressure perturbations of the oblique shock train will be conducted in the present study. Wind tunnel experiments will be performed at a range of forcing frequencies of pressure perturbations to produce a series of controlled simple rectangular duct test cases. The experimental techniques of high speed schlieren photography, high speed pressure and PIV measurements will be used to characterise oblique shock train behaviour.The research results will be the foundation for the optimal design of the aerodynamic duct containing the oblique shock train and internal flow control.

管内斜激波/附面层干扰结构（斜激波串）有一个很重要的作用就是"隔离"下游反压扰动。在"隔离"过程中，斜激波串的形成、反压扰动的前传以及两者之间的相互作用机理很复杂。申请者试图从一种的新的角度研究这个问题：针对不同形式的下游压力扰动，管内斜激波串流动结构如何响应；分析各种扰动在前传过程中表现出来的"新"特点，如扰动的变化速度与扰动前传速度的无关性等。本项目拟通过风洞试验的方法，针对管内下游不同形式的压力扰动和与之对应形成的斜激波串结构的关联问题开展研究，确定与发展当前斜激波串"隔离"下游压力扰动机制研究的相关试验研究手段、测量技术及流动动态参数分析方法，为探索承载这种多重斜激波/附面层干扰流动结构的管道的设计和流动控制提供理论基础。

针对斜激波串的重要作用："隔离"下游反压扰动。研究了在"隔离"过程中，针对不同形式的下游压力扰动，斜激波串的流动结构特征和动力学特征的响应特性。从试验角度刻画了斜激波串的非定常振荡规律、流场结构特征和压力扰动前传特性；构建了斜激波串运动轨迹与反压变化之间的建模关系。通过在激波串上游位置设计顺压梯度流场，可以降低激波串受迫振荡时的幅值。通过在激波串上游设计微弱非对称激波结构，可以实现对斜激波串偏转方向和结构形态的主动流动控制。在实际的进气道两侧溢流窗口处，在遇到强下游反压时，斜激波串前缘与上游激波干扰时将出现对称规则反射、非对称规则反射、对称马赫反射等多种形态，针对此类现象构建了理论分析模型，模型计算结果与实验结果吻合良好。