多段翼低雷诺数绕流涡-边界层相互干扰

主翼是多段翼构型的主要升力部件,其背风面边界层受到前缘缝翼尾迹中复杂旋涡结构的干扰,此类涡-边界层干扰问题与飞行器的气动力特性密切相关。采用时间解析的粒子图像测速技术对低雷诺数范围内30P30N多段翼构型在不同迎角下的主翼背风面流动开展精细实验测量,结合傅里叶模态分解和有限时间的李亚普诺夫指数流场诊断方法,从时均统计和涡动力学2个角度研究了前缘缝翼尾迹涡与主翼边界层之间的干扰特性并总结了迎角的影响规律。在实验雷诺数下,随着迎角增大,主翼背风面边界层由附着状态转变为大分离状态,前缘缝翼尾迹与主翼边界层之间的混合效应逐渐减弱。涡动力学研究表明,前缘缝翼尾迹涡产生的多频扰动能“浸入”主翼边界层并影响其内部流动结构演化,其中基频和二次谐波扰动激发的“双二次涡”结构在此过程中占据主导。二次涡在涡-边界层干扰中扮演重要角色:一方面,二次涡能将更多尾迹涡扰动注入边界层,促进尾迹与边界层的混合;另一方面,二次涡能将边界层外区的高速流体注入近壁区进而增强边界层抵抗流动分离的能力。随着迎角增大,二次涡的产生位置逐渐沿弦向后移,对主翼前缘附近混合效应的促进作用以及流动分离的抑制作用逐渐降低,最终导致尾迹与边界层之间的混合逐渐减弱、主翼背风面边界层发生大分离。