典型直升机桨毂尾流的表征

本研究考察了由几何简单、典型的钝体形状组成的旋转直升机桨毂模型后方的远场尾流。模型由一个安装在轴上的四臂转子和一个二臂（剪刀式）转子构成，所有转子臂均为矩形截面。二臂与四臂转子之间的相对相位为 $0\deg$（同相）或 $45\deg$（反相）。转子迎角为零，以 30 Hz 旋转。在水洞中，基于桨毂直径的雷诺数为 $820,000$、前进比为 $0.2$ 的条件下，采用粒子图像测速仪测量其尾流。利用时均剖面、脉动剖面以及基于时间序列分析和动态模态分解的谱分析来表征尾流并识别与特定频率内容相关的相干结构。该典型几何产生了与先前使用更复杂几何所得结果一致的相干结构。结果表明，主导结构（每桨毂转一圈出现 2 次和 4 次）衰减缓慢，且对转子间相对相位不敏感。相反，次强结构（每桨毂转一圈出现 6 次）对相对相位敏感，在同相模型中几乎观察不到相干性。这强有力地证明每转 6 次的内容是每转 2 次与每转 4 次结构之间的非线性相互作用。本研究表明，远尾流区由主转子臂尾流、剪刀转子尾流以及这两者之间的相互作用主导。