有限展弦比机翼在翼尖效应下三维流动的形成
流体动力学
2020-06-24 v1
摘要
我们对有限展弦比 NACA 0015 机翼上的流动进行 DNS，以刻画翼尖效应对尾流动力学的影响。本研究聚焦于机翼上三维分离流的发展，并讨论机翼表面及远场尾流中形成的流动结构。涡量主要以准二维方式引入流动。来自翼尖的涡片绕自由端卷起形成翼尖涡。在其起始阶段，翼尖涡较弱且其影响在空间上受限。随着翼尖周围流动分离，翼尖效应在展向延伸更远，在尾流中产生显著的三维性。对于低展弦比机翼，由于整个展向的强下洗，尾流保持稳定。增大展弦比使得非定常涡流动能在足够高攻角下于远离翼尖处出现。这些非定常涡脱落并形成闭合涡环。对于更高展弦比机翼，翼尖效应延缓了近翼尖脱落过程，使其与中展区的二维脱落不同步，产生涡位错。在高攻角下，翼尖涡因与非定常脱落涡的强相互作用而呈现明显波动。力系数的展向分布与三维尾流动力学及翼尖效应相关。通过力元分析识别出尾流中负责产生升力和阻力的涡元。我们注意到，在高攻角下，翼尖附近前缘处形成静止涡结构，导致局部高升力和阻力。此处进行的分析揭示了翼尖周围的涡流动如何影响分离物理、整体尾流动力学以及展向力分布。
引用
@article{arxiv.1909.04729,
title = {On the formation of three-dimensional flows over finite-aspect-ratio wings under tip effects},
author = {Kai Zhang and Shelby Hayostek and Michael Amitay and Wei He and Vassilios Theofilis and Kunihiko Taira},
journal= {arXiv preprint arXiv:1909.04729},
year = {2020}
}