Cavity flow has been identified to have intricate relationship between fluid dynamics and acoustics. High speed flow over cavities would result in strong pressure fluctuations at certain discrete frequencies known as cavity tones. In certain cases, i.e. weapons bay, cavity tone resonance may damage local structures and therefore cavity tone estimation is essential. In present work, a set of cavity models of 3 different length-to-depth ratio (L/D = 3, 4.5, and 6) with 4 different cover configurations (baseline-no cover, BP-back cover, FP-front cover, and CP-center uncovered) are investigated. Supersonic flowfield on each model is visualized with Schlieren photography and 5 typical types of shockwaves and acoustic waves unique to supersonic cavity flow can be identified. While schlieren images could only provide qualitative information, the use of Proper Orthogonal Decomposition (POD) is proposed to obtain quantitative components of acoustic waves inside the cavity. Subsequently, 16 POD bases of highest Relative Information Content (RIC) are shortlisted and presented in this work. Stripe-like patterns are visible in most POD bases and were surmised to be made of acoustic waves. Thus, wavelength of each pattern can be obtained with autocorrelation and Rossiter analogy is applied to obtain POD frequency. Numerical cavity tones are also obtained from CFX Scale-Adaptive Simulation (SAS) for comparison with POD frequencies, which are found to be in good agreement aside from minor discrepancies, especially for the shortest cavity. We have found that the use of thick covers on the cavity models altered either shear layer thickness, shear layer length, or both. Furthermore, more discrete tones are produced by partially-covered cavities when compared with those of uncovered models. It is also concluded that characteristic length in Rossiter equation for supersonic cavity flow was identified as shear layer length.
캐비티 흐름은 유체 역학과 음향학 사이에 복잡한 관계가있는 것으로 확인되었습니다. 캐비티 위의 고속 흐름은 캐비티 톤으로 알려진 특정 주파수에서 강한 압력 변동을 초래합니다. 어떤 경우에는 무기만으로 캐비티 톤 공명이 국부 구조를 손상시킬 수 있으므로 캐비티 톤 추정이 필수적입니다. 현재 작업에서는 4 가지 커버 구성 (베이스 라인 - 커버 없음, BP- 백 커버, FP- 프론트 커버)이있는 3 가지 길이 - 깊이 비율 (L / D = 3, 4.5 및 6) , 및 CP 센터가 밝혀지지 않은 경우) 조사됩니다. 각 모델의 초음속 유동장은 Schlieren 사진으로 시각화되며 초음속 캐비티 흐름에 고유 한 5 가지 유형의 충격파 및 음향 파를 식별 할 수 있습니다. Schlieren 이미지는 정성적인 정보만을 제공 할 수 있지만 캐비티 내부의 음향 파의 정량 성분을 얻으려면 POD (Proper Orthogonal Decomposition)를 사용하는 것이 좋습니다. 그 후, 가장 관련있는 RIC (Relative Information Content)가 포함 된 16 개의 POD베이스가 본 목록에 올라 있습니다. 스트라이프 모양의 패턴은 대부분의 POD베이스에서 볼 수 있으며 음향 파로 만들어 졌다고 추측됩니다. 따라서, 각 패턴의 파장은 자기 상관 (autocorrelation)으로 얻어 질 수 있고, Rossiter 유추가 POD 주파수를 얻기 위해 적용된다. 수치 캐비티 색조는 POD 주파수와의 비교를 위해 CFX Scale-Adaptive Simulation (SAS)에서 얻었습니다. POD 주파수는 사소한 불일치, 특히 최단 캐비티의 경우를 제외하고는 잘 일치합니다. 우리는 캐비티 모델에 두꺼운 커버를 사용하여 전단 층 두께, 전단 층 길이 또는 둘 다를 변경한다는 것을 발견했습니다. 또한, 커버리지가없는 모델의 경우와 비교할 때 부분적으로 덮인 캐비티에 의해 더 많은 개별 톤이 생성됩니다. 또한 초음속 공동 유동에 대한 Rossiter 방정식의 특성 길이가 전단 층 길이로 확인되었다고 결론 지었다.
