通过凹槽翼梢设计的翼梢涡被动控制

本文研究了有限翼产生的翼梢涡的特性与控制，重点关注新型凹槽翼梢设计的影响。翼梢涡可能导致流体动力学系统中的流动损失、噪声、振动和空化。我们提出并开发了一种凹槽翼梢设计，其特征是沿翼梢分布有多个凹槽，以改变翼梢涡的结构和动力学。对包括倾斜凹槽和收缩凹槽在内的四种凹槽翼梢设计进行了实验研究。采用流向和横流粒子图像测速 (PIV) 测量来可视化翼梢附近以及沿主翼梢涡轨迹的流场。PIV 结果表明，凹槽翼梢设计显著降低了主翼梢涡内的速度幅值。这种速度亏损归因于涡核内吸力的减弱。此外，横流 PIV 测量显示翼梢分离涡受到大幅抑制，主翼梢涡的强度显著减弱。在机翼下游，凹槽翼梢导致涡旋强度降低和涡流尺寸增大，表明扩散增强且压降减少了约 40%。我们的发现突出了这些凹槽翼梢设计在有效改变翼梢涡行为和减轻翼梢涡区域压降方面的潜力，同时对升力和阻力性能的影响微乎其微。这项工作可以为基于机翼和叶片系统的先进被动涡控制策略提供参考，在船舶和潜水器的水翼以及涡轮机、螺旋桨、泵等方面具有潜在应用。