激波串作为超燃冲压发动机进气道-隔离段中显著存在的流动现象,具有复杂的流动特性。如今国内外针对高超声速内流中激波串的结构性质与演化规律已经开展了大量研究,但是对于其明显的三维特性、强烈的非定常特性及流动控制手段上,研究认识并不是十分完善。激波串的特征是具有强烈的激波/附面层相互作用。激波/附面层相互作用会在超声速气流通道的壁面上的多个位置诱导流动分离现象的发生,多个分离区可能会进一步导致流动的复杂化,一旦下游背压诱导分离流动向上游延伸,进而将激波串推出进气道,不起动现象发生,进气道不起动会带来不期望的性能下降和非定常气动、热载荷。因此激波串结构在隔离段中实现温和且可控,成了目前的研究重点。本次课题将围绕激波串结构的动静态特性以及其在各种工况下的控制机理展开,本课题主要开展以下几方面工作。首先,为了更好地认识入射激波干扰下的激波串结构以及动态特性,在高超声速隔离段中开展了带有入射激波的来流马赫数Ma0=2.70的风洞试验,设置堵块以连续旋转的方式为隔离段下游带来连续增大的背压,配合多种刀口的纹影可视化手段、壁面丝线技术以及布置在主流区与角区的高频压力传感器测量手段,对激波串结构展开详细分析。实验发现,入射激波干扰的激波串在受背压影响向上游移动的过程中,得到了两种受上游背景波系种类以及数量影响的激波串形态;其中非对称激波串结构表现为长入射激波短分离激波的前缘激波形态,并在长激波下游引起大流动分离区,短激波下游引起小分离包区,表现为稳定、低振幅、低移速的前传过程;对称激波串结构表现为等长度入射激波形式,两侧流动分离均表现为大流动分离包结构,相比非对称激波串,对称激波串结构更加不稳定,表现为较大程度的振荡前传。其次,为了实现激波串的温和可控,设计三种布置在隔离段底壁面的微型涡流发生器,探究不同高度的微型涡流发生器为入射激波连续变化流场中激波串结构造成的影响。研究发现,微型涡流发生器不会对背景波系造成结构上的影响,只是随着本身高度的增加,逐渐加强了背景波系引起的压力振荡;而在节流流场中,2mm微型涡流发生器对流场控制效果弱于1mm与3mm的微型涡流发生器,但都有效地减慢了激波串前传的速度,增加了激波串的抗反压能力。从动态的角度,发现更高的微型涡流发生器为流场及激波反射点带来了更强的压力振荡,1mm与3mm微型涡流发生器引起的压力振荡从强度与频率等角度都表现地较为一致,而2mm微型涡流发生器则将压力振荡修正地更加靠近低频区域。但一旦激波串前缘激波越过微型涡流发生器,其表面就会被低速流体覆盖,失去控制能力。再次,在确定了本实验最佳微型涡流发生器控制高度的基础上,开展固定入射激波的隔离段控制实验。首先探究在通流/固定入射激波的条件下,微型涡流发生器对隔离段激波串的控制效果,从激波串结构、底壁面压力信号、基于纹影快照的DMD方法等多种方面分析微型涡流发生器对隔离段激波串流场造成的稳态结构与动态特征的影响。研究发现,微型涡流发生器消除了马赫杆结构,修正下游反射激波的激波强度,使激波串诱导产生的边界层厚度减小,超声速核心流收缩减慢,并且有效抑制了激波串的上游运动,增强了下游流场承受拟压力梯度的能力。激波串的振荡显著增强了2-800Hz频率范内的流场压力波动,且增大了非定常振荡结构在隔离段出口处存在的面积。微型涡流发生器这一控制流场特性在低马赫数、有背景波系流场中,表现得更加明显。最后,根据第四章中的实验结果,选择3mm高的微型涡流发生器当作该隔离段中的最优构型,进一步开展入射激波连续变化下的控制流场实验研究。依次开展通流流场、定节流比流场、变节流比流场实验,探究3mm高微型涡流发生器在不同的实验条件下的控制效果,从激波串流场稳态结构与动态振荡的角度,详细评价控制效果。研究发现,随着激波串结构的上游移动,微型涡流发生器对激波串的控制效果增强,在到达其下游一定距离后,激波串前缘激波前传速度明显降低,在抑制激波串前缘激波上游运动的同时,修正下游正激波结构变为斜激波结构,减小激波强度,避免正激波为流场带来的气动损失;同时修正了流动分离形式为底部流动大分离形式,并且减小核心流收缩速率,减小流场畸变指数。从流场动态特性的角度,微型涡流发生器一定程度上强化了激波串结构的振荡且增加了振荡频率。