本文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：
该研究由long-long liang、zhen-hua wan、ming-xuan she、peng-jun-yi zhang、de-jun sun和xi-yun lu共同完成，他们均来自中国科学技术大学现代力学系。该研究于2024年发表在《j. fluid mech.》期刊上，DOI为10.1017/jfm.2024.1087。
该研究的主要科学领域是流体力学，特别是超音速欠膨胀射流（supersonic underexpanded jet）的噪声控制。超音速欠膨胀射流在航空航天应用中具有重要意义，但其产生的高强度噪声不仅影响人类健康，还可能导致喷嘴的疲劳损伤。因此，降低超音速欠膨胀射流的噪声成为了一个重要研究方向。噪声控制方法主要分为被动控制和主动控制，其中主动控制技术因其灵活性和有效性而备受关注。本研究旨在通过基于解析分析（resolvent analysis）的主动控制策略，实现对超音速欠膨胀射流噪声的高效控制。
研究流程包括以下几个主要步骤：
基线射流特性分析
研究首先对超音速欠膨胀射流的流动和声学特性进行了详细分析。通过大涡模拟（Large-Eddy Simulation, LES）方法，研究团队获取了射流的基本流动结构，包括复杂的波结构和高强度噪声辐射。研究还通过频谱分析（Power Spectral Density, PSD）和谱正交分解（Spectral Proper Orthogonal Decomposition, SPOD）等方法，识别了射流中的主要噪声源，特别是与尖啸噪声（screech noise）相关的能量结构。
解析分析
研究采用了解析分析方法，以确定有效的控制参数。解析分析是一种基于算子的模态分解方法，用于表征动态系统的输入-输出特性。研究通过标准解析分析和声学解析分析，确定了在射流近场中能够显著放大的控制频率和横向波数范围。这些参数的选择旨在最大化控制力对射流能量结构的影响，同时最小化远场噪声的放大。
主动控制实施
研究通过在喷嘴内壁附近施加非定常吹吸（unsteady blowing and suction）来实现主动控制。控制力的频率和波数范围基于解析分析的结果进行选择。研究还通过LES验证了控制策略的有效性，结果表明，控制后的射流在尖啸噪声方面实现了超过10 dB的降噪效果。
控制效果评估
研究通过一系列LES模拟，评估了不同控制参数下的噪声降低效果。研究选择了两个动量系数（cμ = 0.0015和0.0094）来验证控制方法的有效性。结果表明，基于解析分析的控制参数范围在不同操作条件下均表现出良好的降噪效果。
基线射流特性
研究揭示了超音速欠膨胀射流中复杂的噪声成分，包括涡流对流、混合以及与激波的相互作用。尖啸噪声的上游传播特性尤为显著，其SPOD模态表现出大尺度反对称结构。
解析分析结果
解析分析确定了在0.4 < stf < 1.7和3π/2 < kzh < 6π范围内，控制力能够在射流近场中显著放大，同时最小化远场噪声的放大。解析分析的响应模态主要集中在剪切层，而强迫模态主要集中在喷嘴出口附近。
主动控制效果
研究表明，基于解析分析的主动控制策略能够有效降低射流噪声，特别是在尖啸噪声方面实现了显著降噪。研究还发现，非定常控制比定常控制在相同动量系数下更为有效。控制后的射流激波结构更加稳定，强迫的流向放大越强，越有可能改变平均流动特性，从而有利于降低远场噪声辐射。
该研究通过解析分析指导的主动控制策略，成功实现了对超音速欠膨胀射流噪声的有效控制。研究表明，基于解析分析的控制参数选择能够显著降低射流噪声，特别是在尖啸噪声方面实现了超过10 dB的降噪效果。该研究不仅为超音速欠膨胀射流的噪声控制提供了新的理论依据，还为实际工程应用中的噪声控制策略设计提供了重要参考。
重要发现
研究首次通过解析分析指导的主动控制策略，实现了对超音速欠膨胀射流噪声的有效控制，特别是在尖啸噪声方面实现了显著降噪。
方法创新
研究采用了解析分析方法，结合标准解析分析和声学解析分析，确定了有效的控制参数范围。该方法为射流噪声控制提供了一种新的理论框架。
研究目标特殊性
该研究聚焦于超音速欠膨胀射流的噪声控制，这一目标在航空航天应用中具有重要意义。研究不仅关注噪声降低效果，还深入探讨了控制机制，为后续研究提供了重要参考。
研究还详细探讨了控制对射流近场和远场特性的影响，包括激波结构、剪切层振荡和涡流结构的改变。这些分析为理解噪声控制机制提供了重要依据。此外，研究还通过SPOD分析，揭示了控制对射流相干结构的影响，进一步验证了解析分析的有效性。