由伊利诺伊大学本部制作
航空航天工程学院 左图:双楔形布局上7马赫气流中激波/边界层的相互作用
右图:弓形激波中粒子的双峰能量分布函数
低能仓A和高能仓B之间的分子碰撞会引起斯特鲁哈尔数为0的低频波动
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学分:伊利诺伊大学系
航空航天工程学院 高超音速领域的大部分研究集中在理解飞行器表面附近气流的扰动——边界层——而不是激波中发生的情况，激波通常发生在飞行器的前部
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校和利物浦大学的研究人员开发了一个模型来理解飞节中分子波动的起源，发现它们的频率比边界层流动中的低得多
“在冲击中，两股粒子流共存
有来自激波上游的高能粒子——未扰动的气体或自由流
下游有低能粒子——那些在车辆壁附近的粒子
通过模拟双峰粒子能量分布，我们的模型正确地预测了激波中的波动频率比上游低两个数量级，”航空航天工程系的博士生Saurabh Sawant说
该研究描述了以2至10马赫速度行驶的车辆的冲击波波动的特征，并且是一维建模的
萨万特的顾问、该研究的合著者黛博拉·莱文教授表示，在二维或三维空间中模拟如此逼真的冲击不仅计算成本高，而且要复杂得多
“然而，一维分离激波是非常强激波的一个很好的近似，”她说
“这将教会我们一些东西，让我们更容易观察到一维激波中的分子波动
" 根据萨万特的说法，几乎所有的研究人员都使用相同的纳维尔-斯托克斯方程组来模拟激波主导的流动
但是这种方法不能用来研究流动中的分子波动
这项研究是第一次使用不同的，新颖的方法
纳维尔-斯托克斯方程适用于流动的某些区域，但不适用于激波
我们使用了更通用的方程来控制流场速度分布函数的变化，”他说
莱文补充道，“这是一种计算粒子的模拟技术，代表了玻尔兹曼方程的一种解决方案，因为没有人能直接解决像这样复杂的问题
" 尽管冲击很难建模，莱文说，它们对于理解流动中的扰动很重要，因为它可能对流动稳定性产生影响
她说:“你可能将一辆车设置在一个轨道上，并使用了襟翼。”
“突然，作用在车辆上的力变得不稳定
它不是处于层流或完全湍流的状态，而是介于两者之间，难以控制
" 这项研究的一个动力来自该论文的第三位作者，利物浦大学的瓦西里奥斯·塞奥菲利斯教授，他是世界著名的稳定性理论专家
“我们过去常说，车辆前部的强烈震动是稳定的
没什么好谈的
从稳定性的角度来看非常无聊，”莱文说
“我们知道，研究跃迁的研究人员对更复杂流动中出现的不稳定性更为兴奋，但他注意到直接模拟蒙特卡罗粒子数据中的波动
他说，你知道，我们真的需要非常非常仔细地看这个，他是对的
" 她说，其他研究高超音速飞行的研究人员开始关注这篇论文和另一篇配套论文，并希望利用萨万特的研究成果
由UIUC的Saurabh Sawant和Deborah Levin，以及利物浦大学的Vassilios Theofilis共同完成的这项名为“研究一维激波中低频分子波动的动力学方法”的研究发表在《流体物理学》上
配套论文“一维激波内部低频波动的分析预测”也是由萨万特、莱文和西奥菲利斯撰写的
它发表在《理论和计算流体动力学》上
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