初始于激励器附近的一个微小扰动,随后在激波层与边界层之间的狭窄区域内,以一种无法理解的方式被急剧放大、反馈,最终形成席卷整个头部的剧烈振荡。
其频率低至几十赫兹,振幅却堪比激波本身引起的压力跃变!
“我们排查了所有能想到的可能性。”
李席语气沉重,“不是经典的涡旋脱落,不是壁面模态失稳,也不是简单的声学共振。
它似乎……是一种全新的流体不稳定性,其驱动力来源于等离子体与流场能量交换过程中的某种‘负阻尼’效应,但现有的等离子体流体模型完全无法复现这一现象。”
另一位负责理论建模的研究员补充道:“我们尝试了将等离子体作为体积力项加入n-s方程,也尝试了更复杂的双流体模型,甚至考虑了部分非平衡态效应,但都无法捕捉到这种低频高幅振荡的产生机制。
关键在于,等离子体与流场的能量耦合,生在电子激态、振动能态弛豫、离子运动等多个时间尺度上(从纳秒到微秒),而这些微观动力学如何与宏观流体的毫秒、甚至秒量级的动力学相互作用,并导致如此低频的全局振荡,完全出了我们现有的理论框架。
尺度跨越太大了!”
多尺度耦合的深渊,理论与实验之间的断裂带!
张诚凝神静听,大脑以前所未有的度运转起来。
空气动力学、等离子体物理、非平衡态热力学、流体稳定性理论、偏微分方程……庞大的知识储备被瞬间激活,如同一个巨大的矩阵,试图寻找那隐藏的、导致系统失稳的“奇点”
。
他提出了几个关键问题:
“振荡的频率,是否对来流马赫数、攻角、以及等离子体激励的功率频率有敏感的依赖关系?是否存在某个临界参数区间?”
“压力振荡的空间分布形态是怎样的?是全局性的,还是局限于某个特定区域?其波前传播度如何?”
“在振荡生前,流场中是否存在某种特别的、可能是由等离子体引入的‘基态’?比如,是否先形成了一个被微弱修改的、但尚未失稳的‘新激波结构’?”
这些问题直指现象的核心特征和可能的生条件。
赵院士眼中闪过一丝赞赏,立刻示意团队调出更详细的数据进行分析。
初步分析结果显示:振荡确实存在一个临界马赫数(约82)和临界攻角,且对等离子体激励的功率极为敏感,存在一个狭窄的“触窗口”
。
振荡模式表现为一种全局性的“呼吸”
模式,但能量集中区域在激波层与边界层交界处。
至于“基态”
……数据似乎暗示,在失稳前,等离子体的存在的确轻微“熨平”
了激波形状,并使得边界层底层出现了极其细微的、不同于常规的温度与组分分布。
“一个新的、被等离子体修饰过的‘基态流场’……”
张诚喃喃自语,捕捉到了那一闪而逝的灵感,“问题可能不在于扰动如何在现有流场中展,而在于这个‘基态’本身,在微观与宏观耦合的作用下,就是trsetstab1e(内在地不稳定)的!”
他意识到,传统的线性稳定性分析(lst)是在一个固定的基流上进行小扰动分析。
但如果这个基流本身就包含了来自微观非平衡过程的、某种缓慢演化的“隐藏自由度”
,那么线性化方法就完全失效了!
“我们需要一个能够自洽地描述从电子能态激到宏观流场演化、跨越十几个时间尺度的‘级模型’。”
张诚抬起头,目光灼灼地看向赵院士,“一个将非平衡态等离子体动力学与可压缩navier-stokes方程进行‘紧耦合’的模型,而不是简单地将等离子体作为外力或源项加入。”
会议室一片寂静。
这个目标听起来如同天方夜谭。
如何将描述粒子碰撞、能态跃迁的玻尔兹曼方程或更复杂的动力学模型,与连续的流体力学方程无缝耦合?这其中的计算复杂度和理论障碍是难以想象的。
“理论上……这可能吗?”
李席忍不住问道,语气中带着怀疑与期盼。
“理论上,存在可能性。”
张诚的语气却异常坚定,“我们可以尝试一种‘层次化矩方法’(hierartthod)结合‘动力学缩并’(k
