科研动态 | 中山大学田立丰副教授团队在基于涡流发生器的超声速后向台阶流动的控制研究上取得进展

发布人：胡文清责任审核人：罗愈业发布日期：2026-04-29

后向台阶是超声速流动中一种常见且重要的结构，在弹头的光学窗口以及超燃冲压发动机燃烧室的稳焰器上均有存在，研究其流动特征并加以控制十分有价值。而斜坡型涡流发生器则是一种经典可靠的被动控制手段。近日，航空航天学院田立丰团队利用基于纳米示踪的平面激光散射技术，对由不同展宽的斜坡型涡流发生器控制下的Ma = 3 的超声速后台阶流场进行可视化，并结合分形维数分析、间歇性分析及统计手段，揭示涡流发生器展宽变化对流场的影响。相关成果以《Experimental study on shear-induced vortex breakdown of ramp vortex generators with varying spanwise widths at Mach 3》为题发表于流体领域权威期刊《Physics of Fluids》上。中山大学航空航天学院2024级硕士生胡志雄为第一作者，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。

图文导读

超声速后向台阶流动具有两种工程背景——在超燃冲压发动机燃烧室中，人为引入后台阶结构以制造低速回流区来稳定火焰核心；在超声速光学窗口中，因固有存在的后向台阶结构，其湍流密度波动引起的成像畸变必须要加以控制。斜坡式涡流发生器具有应用潜力，但其几何参数尤其是展向的宽度会以何种方式影响流场结构，缺乏深入研究。为此，本研究设置了三种不同展向宽度的斜坡型涡流发生器阵列，采用NPLS技术拍摄中心对称面上的涡流尾迹。

分析结果表明，展宽增大可增强尾迹与主流的剪切，进而促进下游的破碎混合，并促使尾迹提早向壁面坠落。相应的，分形维数及湍流破碎因子亦与展宽呈明显的正相关，印证了展宽的作用。

然而，展宽变化对尾迹区域与主流区域的边界没有明显影响。将边缘图像叠加为彩色频率图，可以发现三种涡流发生器控制下尾迹的外轮廓极其相近。在间歇性因子统计中，间歇性因子趋近于0即意味着在空间上已经足够远离壁面，进入完全主流区域，而统计结果亦表明，在不同展宽控制下的流场中，完全主流区域与存在尾迹湍流的区域之间的分界基本一致。