Page 23 - 《爆炸与冲击》2025年第9期

第 45 卷 刘 江，等： 有限长锥体诱导的斜爆轰波非定常结构的数值研究 第 9 期

2 结果与讨论

2.1 尖锥诱导的斜爆轰波流场结构

与尖楔不同的是，具有轴对称结构的尖锥
E
诱导的激波后流场是非均匀流场，需经历一个等
熵 压 缩 过 程 直 至 平 行 尖 锥 表 面 ， 该 流 动 称 为 2 ρ 1 2 3 4 5 6 7 d
Taylor-Maccoll (TM) 流动，此效应使尖锥诱导的
爆轰波强度弱于相同初始条件下尖楔诱导的爆 c
轰波。图 5 为有限长尖锥诱导的斜爆轰波密度 D
等值云图。爆轰波阵面分为 4 个区域 [29] ，其中
y b
AB 段为类 ZND 的光滑区，BC 段为类胞格的单
1 a
三波点区，CD 段为胞格的双三波点区，DE 段为
C
受 Prandtl-Meyer (PM) 膨胀波影响的双三波点结
构区域。图中的红线分别代表 4 个不同区域的
流线，即流线 a、流线 b、流线 c 和流线 d。对于 B
爆轰波阵面中不受 PM 膨胀波影响的 AD 段，在
A
TM 流动的影响下，流线 a、b 和 c 经过爆轰波阵 0 1 2
面后，并不与锥体壁面平行，而是偏转一个较小 x
的角度，随后，经过等熵压缩，流线逐渐偏转到与 图 5 有限长锥体诱导的斜爆轰波密度云图
锥体斜壁面平行。当进入 PM 膨胀波影响区时， Fig. 5 Density field of the oblique detonation structure induced
流线再逐渐偏转到与水平壁面平行。 by a finite cone

为了分析流场的相应变化，图 6(a)～(b) 分别呈现了不同流线上的压力和马赫数分布。流线 a、b 和
c 具有相似变化，来流未燃气体经过爆轰波后，压力急剧升高，速度下降，但仍然是超声速流。随后，波后
气流满足 TM 流动，并在波阵面三波点的横向激波的影响下，波后的压力呈现锯齿状变化，其整体略微
上升，且流线 a、b 和 c 的压力平均值依次下降，马赫数平均值依次略微升高。当到达肩点时，波后的超
声速燃烧产物会进入 PM 影响区域，在该区域膨胀波的影响下，燃烧产物的压力下降，马赫数升高。当燃
烧产物流出该影响区时，流动不再受 TM 效应和 PM 效应的影响，燃烧产物压力和马赫数趋于稳定。爆
轰波阵面 AB 结构的流线 a 靠近尖锥壁面，经历的 PM 影响区较窄，故压力和马赫数变化较快，但是该流
线经历的 TM 阶段较长，使得其稳定时的压力较低。流线 b 和流线 c 经历的 TM 阶段减少，而 PM 影响
阶段增加，因此压力和马赫数变化逐渐变缓，但压力较高。爆轰波阵面 DE 段直接位于 PM 影响区，且没

60 8

a a
50 b c 7 b c
d 6 d
40
5
p 30 Ma 4
3
20
2
10
1

0 1 2 0 1 2
x x
(a) Pressure (b) Mach number

图 6 沿锥体流线上的压力和马赫数变化曲线
Fig. 6 Pressure and Mach number along the streamlines with cone

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