Page 25 - 《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

三波点的马赫杆（Mach stem, MS），状态变为 (4)（见图 8(b)），该部分气体与状态 (3) 中的未燃气体之间由
一道接触间断隔开，两者压力相等，速度方向一致，相应的参数变化可根据图 8(c) 中的极曲线关系得到，
即极曲线 IS 和 TS 的交点为状态 (3) 和 (4) 的气体。最后，这两部分激波压缩后的未燃气体迅速燃烧，成
为爆轰产物，并再次由接触间断隔开（图 8(b)）。

ρ 1 2 3 4 5 6 7 8
0.72

0.71
0.70

0.69
y
0.68
0.67

0.66
0.46 0.47 0.48 0.49 0.50 0.51 0.52
x
(a) Contours of reactive progress superimposed on the shadow density contour
0.680
80
0.678 TS
Slip surface 60
0.676 (3), (4)
MS (4)
y p
0.674 (1) 40
TP (3)
0.672 TS
IS (2) 20 (1) (2)
0.670
Reaction front IS
0.668
0.470 0.472 0.474 0.476 0.478 0.480 0.482 0 10 20 30 40 50
x θ/(°)
(b) Schematic diagram (c) Polar curves
图 8 BC 段波阵面结构局部放大图与极曲线分析
Fig. 8 Close-up view of wave front structure and polar curves in section BC

再往下游，爆轰波阵面结构呈现 CD 段的双三波点结构，与直管中的爆轰传播不同，相邻的 2 个相碰
的三波点中，下游的三波点是面向来流，上游的三波点是背向来流 [27] 。与此同时，波后流动还处于轴对
称构形引起的 Taylor-Maccoll 流动的影响区域。图 9 是 CD 段爆轰波结构的局部流场结构图，其中
图 9(a) 是数值计算得到的密度等值云图，红色线段代表反应面，相应的波系结构简图见图 9(b)，图 9(c) 是
根据 2 个相邻三波点附近的流场信息绘制的压力-偏转角极曲线图，其中黑色曲线代表入射激波（ IS）后
的状态，蓝色和绿色曲线分别代表相邻三波点的横向激波（TS1 和 TS2）后的状态。当部分来流未燃气体 (1)
穿过入射激波（IS）后，成为激波压缩后的未燃气体 (2)，气流偏转角为 42°，压力为 41。该入射激波相邻
的 2 个三波点（TP1 和 TP2）中，上游的三波点 TP1 是背向来流向下游传播，其横向激波相对于波前未燃
气体 (2) 的马赫数为 1.37。而下游的三波点 TP2 是面向来流向上游传播，其横向激波 TS2 相对于波前未
燃气体 (2) 的马赫数为 1.48，该三波点的速度更快，其附近的横向激波 TS2 较 TS1 更强。由于未燃气体
来流的传播速度高于爆轰波 CJ 速度，因此这 2 个三波点 TP1 和 TP2 均往下游传播，且 TP1 的传播速度
快于 TP2 的传播速度。在图 9(c) 极曲线中，以极曲线 IS 上的状态 (2) 为起点，分别以两个横向激波 TS1
和 TS2 相对于状态 (2) 的未燃气体的马赫数绘制反射激波的极曲线，与极曲线 IS 相交。对于极曲线

IS 与 TS1 的交点，为上游三波点 TP1 中横向激波 TS1 后的状态 (3) 和马赫杆 MS1 后的状态 (4)，这两部

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