受限超声速空腔流中激波与剪切层相互作用

本文采用脱体涡模拟，数值研究了受限超声速空腔流中不同强度的入射激波对自由剪切层的影响。利用非定常统计、$x-t$ 图、谱分析和模态分解，对不同算例之间的时空变化进行了分析。考虑自由来流马赫数 $M_\infty = 1.71$、长深比 $[L/D]=2$ 的空腔处于受限通道中。入射激波强度通过改变顶壁斜板角（$\theta$）来控制。采用入射激波前后的静压比（$p_2/p_1$）来量化入射激波强度。通过改变压比研究了五种不同的入射激波强度：$1.0,1.2,1.5,1.7$ 和 $2.0$。当压比从 1.0 增至 2.0 时，由于激波载荷，空腔壁面承受的最大压力升高 25%。在 $[p_2/p_1]=1.5$ 时，对应于 $n=1$ 模态的基本流体模态即 Rossiter 频率消失，而对应于更高模态（$n=2$ 和 $4$）的频率发生共振。研究发现，空腔内部纵向反射的波前与激波-剪切层相互作用产生的横向扰动之间的相互作用，驱动了强烈的共振行为。由于在 $[p_2/p_1]=2.0$ 时受限通道内发生马赫反射，激波-空腔共振丧失。基于本研究发现，还展示了将承载激波的受限空腔流用于封闭超声速壁射流构型中作为被动流动控制或流体装置的构想。