科研动态 | 中山大学田立丰副教授团队在光学窗口切向超声速气膜的研究进展

发布人：胡文清责任审核人：罗愈业发布日期：2026-04-19

切向超声速气膜作为飞行器光学窗口主要的热防护手段，其流动机理对光学窗口的气动光学效应有着重要的影响。近日，航空航天学院田立丰团队利用纳米示踪的平面激光散射技术，在Ma=3的流场中，研究了在不同喷管压比条件下，三维切向超声速气膜的流动机理。基于SIFT算法计算流场混合层的流向速度分布，并利用分形维数和两点空间互相关的方法研究流场涡结构的演化。相关研究成果以“Experimental study of a three-dimensional supersonic tangential film subjected to different nozzle pressure ratios”为题发表于航空航天领域权威期刊《Aerospace Science and Technology》上。中山大学航空航天学院2024级博士生黄开诱为第一作者，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。

超声速气膜与光学窗口外部主流直接相互作用，形成复杂的流场结构，进而引起目标图像出现偏移、抖动、模糊以及能量消减，该现象称为气动光学效应，其中大尺度涡结构对气动光学效应的贡献较大，气动光学效应示意图如图1所示。所以，对超声速气膜与主流的相互作用研究，了解流场精细结构及其运动特性，不仅能够提高气膜的冷却效果，而且有助于提高成像制导精度。

图2. 实验模型、NPLS示意图

研究结果表明：相比于二维切向超声速气膜的波系结构分布，流场中心截面的下游多出膨胀波和再附激波；由SIFT算法得到混合层的速度分布，其流向最大速度变化趋势是沿流向逐渐增大后由于下游再附激波的影响而有所降低；根据流场各分区的分形维数结果，得到超声速流场中涡结构运动快，变形慢的特点；超声速气膜处于过膨胀状态时的流场整体分形维数相比压力匹配和欠膨胀的两种状态大，说明喷管压比的增加，提高了气膜对主流的隔离能力，抑制了下游的湍流边界层区；同时，超声速气膜在过膨胀和压力匹配的状态下，由空间两点相关分析得到流场的结构角为正。