宽展无限翼上三维湍流跨声速抖振的高保真研究

湍流跨声速抖振是一种导致航空航天应用中升力/阻力周期性振荡的气动不稳定性。抖振涉及无粘效应和粘性效应之间的复杂耦合,其特征是激波振荡和流动分离/再附着。先前的研究已经识别出二维弦向激波振荡模式和三维抖振/失速泡模式。虽然二维不稳定性已被广泛研究,但对三维抖振的研究仅限于低保真模拟或实验。由于计算成本,迄今为止几乎所有高保真研究都局限于约5%翼型弦长的窄展向宽度(展弦比 $AR = 0.05$),这不足以观察到大规模的三维性。在这项工作中,我们在 $Re=5\times 10^{5}$ 条件下,对无限长无后掠NASA-CRM机翼剖面进行了展弦比高达 $AR=3$ 的高保真模拟。当 $AR \geq 1$ 时,在抖振条件下观察到间歇性的三维分离泡。虽然先前基于RANS/稳定性的研究预测了二维和三维抖振的同时发生,但这里识别出一个案例,尽管展向宽度高达 $AR=2$,抖振仍基本保持二维。在抖振周期中最大流动分离的低升力阶段观察到最强的三维性,而在高升力阶段恢复到基本二维的行为。当存在广泛的平均流分离时,发现抖振会变为三维。当 $AR \geq 2$ 时,在波长范围 $\lambda=[1c-1.5c]$ 内形成多个三维分离泡。应用SPOD和互相关分析来研究三维抖振泡的时空结构。除了二维弦向激波振荡模式(斯特劳哈尔数 $St \approx 0.07-0.1$)外,在 $St \approx 0.002-0.004$ 的流动激波区域发现了三维模态结构。