Mach Reflection of Sinusoidally- Modulated Nonlinear Stokes Waves by a Thin Wedge

쐐기에 의한 비선형파의 마하반사

By employing multiple-scale expansion techniques, the diffraction of sinusoidally-modulated nonlinear Stokes waves by a stationary thin wedge has been studied within the framework of potential theory. It is found that the evolution of diffracted waves can be described by the Zakharov equation to the leading order and it can be replaced by the cubic $Schr\ddot{o}dinger$ equation with an additional linear term for stable modulations. Computations are made for the cubic $Schr\ddot{o}dinger$ equation with different values of nonlinear and dispersion parameters. Numerical results well reflect the experimental findings in the amplitude and width of generated stem waves. It is numerically confirmed that the nonlinearity dominates the wave field, while the dispersion hardly affects the wave evolution, and stem waves are likely to be formed for steep incident waves in the case of stable sinusoidal modulations.

본 논문에서는 포텐셜유동이란 가정하에 정현변조하는 비선형 입사파가 쐐기에 의하여 산란하는 문제를 마하반사의 관점에서 다척도전개기법을 이용하여 해석하였다. 산란파의 진폭전개는 선형항을 포함한 3차 $Schr\ddot{o}dinger$ 방정식으로 기술할 수 있음을 밝혔다. 즉, 비선형성을 나타내는 3차항과 분산성을 표시하는 선형항이 진폭전개의 복원력으로 작용함을 규명하였다. 패기의 반각이 17.55$^{\circ}$와 24.09$^{\circ}$인 2가지 모형에 대하여 입사각의 기울기와 변조비를 바꾸어 가며 계산을 수행하였다. 수치계산에서 얻어진 stem파의 진폭비와 폭은 실험에서 관측된 현상을 잘 반영하고 있으나, stem파는 입사파의 기울기가 매우 큰 경우에만 나타났다. 또한 분산성의 영향은 매우 미약하여 정현변조의 경우에는 비선형성이 지배적이란 결론에 도달하였다.