低雷诺数下振荡翼型所产生的气动升力建模

在本研究中，以斯特劳哈尔数（St）作为控制参数，对雷诺数（Re）为 1,000 的振荡 NACA-0012 翼型绕流进行了数值模拟。非定常力（升力和推力）的时间剖面及其频谱分析清楚地表明，在低斯特劳哈尔数下解为一个周期-1 吸引子。本研究揭示，扑动翼型产生的气动力独立于翼型的初始运动学条件，这证明了极限环的存在。振荡升力中包含的频率在高斯特劳哈尔数下由基频（fs）、偶次和奇次谐波（3fs）组成。通过数值模拟观察到，在所有情况下脱落频率（f_s）均近似等于激励频率。扑动翼型产生的非定常升力由修正的范德波尔（van der Pol）振荡器建模。利用多尺度法以及稳态 CFD 解的频谱分析，估算了范德波尔振荡器模型中的频率和阻尼项。我们证明了该模型适用于翼型的所有平面运动：扑动、俯仰和拍动。当前提出的模型的一个重要方面是能够捕捉气动升力系数的时间平均值。