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专栏丨格栅湍流下翼尖涡摇摆运动及统计特性演化规律

空气动力学学报 2025年04月08日 09:43 四川

王志远1, 潘翀1, 2, 程泽鹏1, 2,*1.北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京 1001912.天目山实验室，杭州 310023

王志远, 潘翀, 程泽鹏. 格栅湍流下翼尖涡摇摆运动及统计特性演化规律[J]. 空气动力学学报, 2025, 43(1): 121−129. DOI: 10.7638/kqdlxxb-2024.0011

研究背景

飞机翼尖涡会带来诱导阻力以及尾迹遭遇等问题，后机进入前机尾涡区域中可能造成后机倾斜、滚转、失速或急剧俯仰，严重影响飞行安全及机场运行效率。来流湍流度是影响翼尖涡发展演化的重要因素，对翼尖涡的不稳定运动及衰减行为都有显著影响。当前对于高湍流度下翼尖涡中远场的耗散行为、不同湍流度下翼尖涡摇摆运动演化与机理等方面尚未建立明确的结论与理论支撑。

研究创新点

本文通过精细化的实验测量手段测量不同来流湍流下翼尖涡近场到中远场的流场数据，分析了来流湍流度对翼尖涡生生长演化的影响规律。发现不同湍流度下的翼尖涡摇摆运动幅值满足对来流脉动速度的标度规律，一定程度上说明了摇摆运动机理与来流湍流脉动的关联关系。摇摆运动对翼尖涡统计量的测量有显著影响，本文通过涡心对齐方法进行系综平均修正后进一步分析了翼尖涡涡核半径及切向速度峰值的演化规律，揭示了来流湍流度对翼尖涡不稳定摇摆运动的影响机理。

图 1 涡核半径及切向速度峰值沿程演化规律：（a）涡核半径，其中直线为系综平均数据通过式（7）拟合的结果,（b）切向速度峰值，其中直线为系综平均数据拟合结果

研究结论来流湍流度显著增强了翼尖涡的不稳定摇摆运动，不同来流条件下翼尖涡摇摆运动幅值沿流向线性增长，并满足对来流脉动速度的统一标度规律。摇摆运动对翼尖涡统计量的计算有显著影响，通过系综平均方法修正摇摆运动对统计量测量结果的影响后进一步发现，在本实验测量的参数空间内不同来流条件下翼尖涡涡核半径满足相同的增长规律，翼尖涡沿流向的发展演化表现为粘性扩散为主导的衰减机制。下一步工作来流湍流作用下的翼尖涡多尺度速度脉动演化机理；翼尖涡线性稳定性与感受性机理。
（以上相关图的出处详见原文）

编辑排版：李璐