科研动态 | 中山大学田立丰副教授团队在超声速来流-射流-凹腔作用上取得研究进展

发布人：胡文清责任审核人：罗愈业发布日期：2026-04-03

超燃冲压发动机凹腔燃烧室内的三维流场十分复杂，内部的来流-射流-凹腔相互作用直接影响燃料射流的混合效率。近日，航空航天学院田立丰团队针对超声速来流-射流-凹腔耦合这一关键问题，在马赫2.5超声速风洞中，采用时间分辨纹影、NPLS、PIV等多种先进光学非接触诊断技术，对不同射流-来流动量通量比下的混合流场进行了评估。相关研究成果以“Effects of jet-to-freestream momentum ratio on freestream-jet-cavity interactions in a supersonic crossflow”为题发表于航空航天领域权威期刊《Acta Astronautica》上。中山大学航空航天学院2024级博士生王澳为第一作者，中山大学航空航天学院田立丰副教授为通讯作者，中山大学航空航天学院为第一通讯单位。

流动显示和测量结果发现，射流注入会显著抑制凹腔自由剪切层的形成，即产生射流-凹腔相互作用。不同强度弓形激波的反射激波与射流尾迹相交，诱导处激波-射流干扰，从而对射流的耗散造成影响。由速度场结果可以看出，喷注射流后，燃烧室内高y向速度的区域扩大，说明射流尾迹的反向旋转涡对(CVP)通过卷吸作用，实现来流、射流与凹腔流体的大规模交换，从而大幅提升混合效率。随着动量通量比增大，射流穿透深度提升，凹腔与射流的耦合作用更强，射流剪切层下方的速度分布更均匀，混合更充分。

**图3. 不同J下的流向PIV结果：(a)合速度分布，（b）y分量速度分布**

高动量通量比虽增强了涡对与凹腔流体的动量交换，但需驱动更多凹腔流体向上运动，导致 y向动量被稀释，最终使混合区的法向速度对动量通量比变化不敏感。此外，分形分析表明，射流-来流界面的复杂度在射流出口下游快速提升后趋于稳定，而动量通量比对射流剪切层速度梯度和全局混合破碎程度的影响在实验范围内无统计学显著性。