低雷诺数下后失速后掠有限展弦比机翼周围的线性模态不稳定性
流体动力学
2022-07-13 v1
摘要
本文数值研究了雷诺数 400 下、展弦比为 4 和 8 的两类机翼在不同攻角与后掠角下有限展长等弦长机翼绕流的线性模态不稳定性。基流通过直接数值模拟将非定常不可压缩三维 Navier-Stokes 方程推进至定常态，或利用选择性频率阻尼获得静止的线性不稳定流而生成。首次使用谱元时间步进求解器识别了后掠机翼的不稳定三维线性整体模态。详细考察了机翼几何与流动参数对这些模态的影响。发现攻角增大会使流动失稳，而后掠角增大则产生相反效果。在无后掠机翼上，TriGlobal 分析揭示最不稳定整体模态的峰值位于尾迹的中展区；随着后掠角增大，模态结构的峰值向翼尖移动。随后采用数据驱动分析研究机翼几何与流动条件对非线性尾迹的影响。在无后掠机翼上，低攻角下的主导模态为类 Kelvin-Helmholtz 不稳定性，在定性上等同于相同条件下无限展长机翼的整体模态。在较高攻角与中等后掠角下，主导模态为一种称为相互作用模态的结构。在高后掠角下，该模态在较高展弦比机翼上演化为细长的流向涡，而在较短机翼上则变得与翼尖涡不稳定性无法区分。
引用
@article{arxiv.2102.04103,
title = {Linear modal instabilities around post-stall swept finite-aspect ratio wings at low Reynolds numbers},
author = {Anton Burtsev and Wei He and Shelby Hayostek and Kai Zhang and Vassilios Theofilis and Kunihiko Taira and Michael Amitay},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.04103},
year = {2022}
}
备注
41 pages, 27 figures