仿蜻蜓翼型的气动与尾流转捩研究

我们研究了不可压缩流体绕过仿蜻蜓褶皱翼型在二维（2D）$\alpha-Re$ 参数空间中的动力学与稳定性，其中 $\alpha$ 为攻角，$Re$ 为雷诺数。攻角在 $-5^\circ \le \alpha \le 10^\circ$ 范围内变化，雷诺数（基于自由来流速度和翼型弦长）增至 $Re=6000$。该研究依赖于线性稳定性分析和三维（3D）非线性直接数值模拟。对于所有 $\alpha$，主要不稳定性表现为向周期态的 Hopf 分岔。线性稳定性分析揭示了两个不同的模态驱动正负 $\alpha$ 下的流动分岔，具有不同的频率和不同的触发机制。临界 $Re$ 随 $|\alpha|$ 增大而减小，并对大正/负 $\alpha$ 呈幂律标度。在中等 $Re$ 下，根据 $\alpha$ 的不同出现不同的极限环，每个极限环具有独特的涡旋相互作用，从而导致不同性质的二次不稳定性。对于中等正/负 $\alpha$，涡旋从上下前缘和后缘剪切层同时脱落，两种现象频率锁定。通过 Floquet 稳定性分析，我们证明二次不稳定性在大负 $\alpha$ 下为 2D 亚谐波分岔，在小负 $\alpha$ 下为 2D Neimark--Sacker 分岔，在小正 $\alpha$ 下为 3D 叉式分岔，在大正 $\alpha$ 下为 3D 亚谐波分岔。仿蜻蜓翼型的空气动力学性能与 $\alpha-Re$ 参数空间中出现的不同流动 regime 进行了讨论。