日前，国际顶级流体力学期刊《Journal of Fluid Mechanics》刊登了西北工业大学航空学院青年教师李楠副教授的原创性研究成果（J. Fluid Mech. (2021), vol. 907, A40），标题为“Instability of shock train behaviour with incident shocks”。论文以李楠副教授为第一作者，哈尔滨工业大学常军涛教授为通讯作者，哈尔滨工业大学徐珂靖博士、于达仁教授及鲍文教授为共同作者，西北工业大学是该论文的第一署名单位。
隔离段在双模态超燃冲压发动机中起着至关重要的作用，其内部会形成一系列在剪切层之间不断反射的激波系，即激波串。激波串可通过改变其自身长度来匹配上游流动条件和下游燃烧反压。在飞行器加速阶段，通常使激波串的前缘激波位于隔离段入口附近来达到发动机的最大性能。然而，来流的扰动或下游燃烧不稳定极易将激波串推出隔离段，造成进气道喘振甚至是不起动。通过反馈激波串前缘激波位置并主动控制当量比进而保持激波串位于安全范围内可有效避免这种情况的发生。
然而在真实高超声速进气道-隔离段内，由压缩面产生的入射激波会在隔离段内不断反射带来严重的气流偏转、流场畸变以及激波-附面层干扰。这种情况下，即使上、下游流场条件恒定激波串也会表现出和其自激振荡完全不同的大幅振荡。激波串的这种大幅非线性运动为其闭环控制带来一定困难。
李楠副教授在国家自然科学基金项目的支持下，创新地提出了一种基于物理模型的激波串建模方法，实现了对入射激波影响下激波串不稳定运动的表征。在此基础上，分析了激波串穿过激波-附面层干扰区域的动力学过程。研究表明，在此过程中激波串运动出现了Hopf分岔现象。结合激波串内部的反馈机制，进一步推导出了分岔点的判定依据，并给出了入射激波影响下激波串不同形式不稳定运动的形成机制。此项研究在国际上首次给出了入射激波影响下激波串运动不稳定性的形成机制，增强了学者们对超燃冲压发动机内激波串的认识，为后续激波串位置控制策略的制定奠定了理论基础。
论文链接：https://doi.org/10.1017/jfm.2020.702
（撰稿：赵倩；审核：张伟伟）
