基于TBOS的超声速喷流模态诊断与非线性交互机制

项目概述

针对高马赫数喷流中主导扰动结构难以识别、声源远场辐射机制模糊与非线性交互路径缺乏量化等问题，提出了一种融合了层析重建技术的背景定向纹影（TBOS）实验、密度-压力层析反演、本征正交分解（POD）、复模态构建与非线性交互张量分析的多物理场模态识别框架。该方法以马赫数为1.26与1.53两种典型啸音工况为例，通过TBOS技术层析重建轴对称流场密度与压力结构，揭示剪切层与激波的耦合演化过程。构建复模态场并量化主导波长，发现高马赫数下，主导波长增大17%，明确表征剪切层-激波驱动下声波远场辐射结构的有序化。POD频谱主频与理论模型吻合度达99.7%，验证声反馈路径的存在。此外，还引入了Hilbert变换与三模态能量转移张量，发现主模态锁频结构由1-2协同转向1-3强耦合，反馈路径由集中单通道向多模态并联扩散演化，揭示了高马赫喷流中主导模态体系重构与多尺度能量协同调制机制。研究利用单相机投影，结合TBOS可视化技术，建立了“结构识别-传播提取-非线性交互”三层耦合路径，一定程度上突破了传统POD难以辨析主瓣声源演化的瓶颈，为啸音控制、喷流调制与远场辐射建模提供了一种范式与技术支撑。