高超声速双楔流动中三维激波/层流分离泡不稳定性的动力学建模

研究了在 $30^{\circ}-55^{\circ}$ 双楔上马赫数 7 的氮气流动中，由激波/边界层相互作用（SBLI）诱导的三维（3-D）、展向均匀层流分离泡（LSB）的线性整体不稳定性。在这些对应于自由流单位雷诺数 $Re_1=5.2\times 10^{4}$ m$^{-1}$ 的条件下，流动呈现稀薄效应，且激波厚度与分离处边界层尺寸相当。这转而要求使用高保真直接模拟蒙特卡洛（DSMC）方法以准确分辨非定常流动特征。我们首次表明，LSB 维持自激、小振幅、三维扰动，其导致展向周期流动结构不仅出现在分离区内部及下游（正如大量实验与数值模拟所见），也出现在分离激波层与脱体激波层的内部结构中。两区域中结构的展向周期长度与增长率被发现相同。结果表明，该线性整体不稳定性导致由分离激波与脱体激波相交形成的三重点的低频非定常性，对应斯特劳哈尔数 $St\sim0.02$。展向均匀基流与主导三维流动特征模态的线性叠加，进一步证明了 LSB 中线性不稳定性与激波层的强耦合。