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激波反射现象研究进展 1 激波反射问题 作为气体动力学最具特色的基本形态之一，激波是能在流动气体中诱导漩涡的唯一基本物理过程，反映强干扰和非线性气的物理特征。激波反射反射是气体动力学的一个重要研究领域，在100多年的激波反射物理研究中得到了广泛应用。19世纪末，mach首次通过实验研究首次发现了两种不同结构的激波反射：规则反射和采样反射。20世纪40年代，feldunin进一步研究了激波反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反射反。 激波反射问题得到广泛深入的研究不仅因为其本身具有的重要流体物理意义,更重要的因素是其具有很强的工程应用背景.激波反射问题广泛存在于超声速飞行器布局及其发动机进气道设计、发动机超声速射流、爆轰波传播以及爆炸波运动过程等工程应用方面.图1是超燃冲压发动机进气道与隔离段的流动图像,超声速气流进入进气道后形成的定常激波在上下壁面间不断反射,形成一系列激波串,完成了来流压缩过程.图2是发动机喷气实验及其纹影图,在该超声速射流中形成了斜激波,斜激波在对称轴反射形成马赫盘以及一系列激波/膨胀波相关的多级反射的菱形结构.另外,在预混可燃气体中的激波反射能够形成热点,有助于爆轰波的起爆和发展.图3是可燃气体中环形激波绕射会聚在不同时刻的压力等值线和温度云图.当入射激波在对称轴位置形成马赫反射时,马赫干后的高温高压区可以点燃可燃气体,使得爆轰波成功起爆. 虽然距离Mach首次发现激波反射现象的时代已经一百多年过去了,但是关于激波反射现象仍然有一些物理问题没有得到完全的理解和解决.Ben-Dor等在20世纪90年代对激波反射领域的研究进行了综述和总结,并提出了一系列需要深入研究的问题.本文基于该文中提出的问题,并结合目前国内外激波反射领域的主要研究热点,介绍了最近十几年来激波反射现象的一些研究进展,并思考和探讨了该领域未来的研究方向. 2 基于激波反射的经典理论和模型 2.1 激波反射结构 激波反射主要可以分为规则反射(regular reflection,RR)和非规则反射(irregular reflection,IR).规则反射结构由两个激波组成:入射激波和反射激波,除此之外的激波反射结构统称为非规则反射.非规则反射又可分为马赫反射(Mach reflection,MR)和弱激波反射.马赫反射由3个激波(入射激波、反射激波以及马赫干)和一条滑移线组成,这4条间断面共同汇聚于一个三波点.人们在研究弱激波反射时发现:对于一些较弱激波的反射,虽然通过理论分析得出不会形成马赫反射,然而数值模拟和实验研究中却观察到了类似马赫反射的三波结构,这一现象被称作von Neumann疑题.为了解释这一现象,Colella等提出一种新的激波反射结构,在这种结构里,反射激波在三波点附近退化为了一系列压缩波,被称作von Neumann反射(von Neumann reflection,v NR).激波的马赫反射还可以分为更多种反射结构类型,除最简单的单马赫反射(sing-Mach reflection,SMR)以外,Smith和White先后分别通过实验研究发现了过渡马赫反射(transitional-Mach reflection,TMR)及双马赫反射(double-Mach reflection,DMR).Courant等指出根据三波点运动方向与楔面的关系,马赫反射可以分为以下3类:直接马赫反射(direct-Mach reflection,Di MR)、固定马赫反射(stationary-Mach reflection,St MR)以及反转马赫反射(inverse-Mach reflection,In MR).BenDor等提出,既然反转马赫反射的三波点轨迹线方向是朝向反射壁面的,那么随着激波运动该三波点最终将贴在反射壁面上,形成一种新的反射结构,称之为过渡规则反射(transiti