完全建立跨声速抖振条件下湍流尾迹流的实验研究

跨声速飞行状态通常受跨声速抖振主导，这是一种高度非定常且复杂的激波/边界层相互作用，涉及流场的主要部分。该现象表现为压缩激波的大幅值周期性运动，并伴随大尺度流动分离与间歇性再附。由于由此导致的整体流场拓扑的大尺度变化，翼型或机翼的湍流尾迹也受到严重影响，尾迹所冲击的任何下游气动装置亦然。为了分析并理解尾迹的湍流结构和动力学，我们在弦长雷诺数为 2 million 的跨声速抖振条件下，对超临界 OAT15A 翼型的近场尾迹进行了全面的实验研究。速度场测量表明，抖振模态对翼型吸力侧的贴体流场和尾迹均产生了严重的全局影响。流动呈现间歇性的强烈分离，并伴随延伸至尾迹深处的显著动量亏损。基于以 Reynolds 剪应力和 RMS 值表示的相位平均湍流量，结果表明抖振运动引起了湍流的严重扰动和变化。利用高速聚焦纹影序列分析了下游对流脉动和湍流结构的频谱特性。针对后缘紧邻区域涡脱落的功率谱密度分析表明，其主导频率比与激波抖振相关的频率高出一个数量级。结果表明，剪切层的扑动运动伴随着强度波动的 von Karman 型涡街的形成。这些尾迹结构和动力学将影响任何受尾迹影响的下游气动装置。