用于增升的仿生被动展开襟翼的流固耦合

鸟类在后失速攻角下具有执行复杂机动的卓越能力。在执行此类机动时，自驱动覆羽响应非定常流动分离而被动展开，为这些气动能力提供了一种被动流动控制范式。多数涉及覆羽启发的被动流动控制研究将羽毛建模为机翼上刚性附着或自由运动的襟翼。通过扭转弹簧安装的襟翼能够实现一种更体现覆羽动力学有限刚度的构型。这种更一般情形的性能收益与流动物理仍基本未被探索。本工作中，我们将覆羽建模为静止翼型吸力面上被动展开、扭转铰接的襟翼。我们通过基于投影的浸没边界法执行高保真非线性模拟，在雷诺数 $Re=1{,}000$、攻角 $20^\circ$ 下数值研究该翼型-襟翼系统。通过变化弹簧刚度、襟翼质量和铰链位置进行的参数研究获得了相对无襟翼基线最高 27% 的升力改善，并揭示了两种主导流动行为机制。详细分析表明，依赖于刚度的平均襟翼偏转以及依赖于惯性的襟翼振荡幅度和相位改变了两种机制中的主导流动特征。对性能收益特别重要的是那些增强利于升力的前缘涡、同时削弱后缘涡及反向流向上游传播相关有害效应的襟翼参数。这些参数还在两种机制中产生了襟翼振荡与涡脱落过程的良好时间同步。