主附体结合部流动声辐射的形成机理研究

以翼-板结合部流动为研究对象，对主附体结合部流动声辐射的形成机理进行风洞实验研究。基于附体前缘截面内流场高帧速PIV 与结合部模型表面瞬时压力信号的同步测试技术，获得结合部大尺度涡非定常运动过程与附体前缘平板表面压力脉动的对应关系，揭示结合部大尺度涡的形成机理；并在此基础上，提出施加于附体前缘的连续性或周期性射流的流动控制方法，以抑制结合部大尺度涡的生成；将结合部大尺度涡实施流动控制前后的结合部模型表面压力脉动声压级、1/3 倍频程及总声级进行对比研究，分析结合部大尺度涡的射流控制对减小结合部流动声辐射的作用；综合结合部流场的流动控制效果与流动声辐射的变化，分析结合部大尺度涡及小尺度湍流脉动对结合部流动声辐射的贡献，并在此基础上提出结合部流动声辐射的形成机理，为结合部流动声辐射控制方法研究建立理论基础。

本项目针对流动声学的基础性问题，以主附体结合部非定常复杂流动为研究对象，建立了风洞中非定常流场的高帧速PIV 测试方法和数据处理方法，获得了结合部流场时、空信息，揭示了结合部大尺度涡的形成机理，明确了大尺度涡对结合部流动声辐射的贡献，提出了结合部流动声辐射的形成机理，为减小结合部流动声辐射的流动控制方法研究提供理论基础。完成了项目任务书规定的研究内容，达到了预期研究目标，取得了以下主要创新点：.（1）基于实验数据揭示主附体结合部大尺度涡结构的形成机理.由烟线流动显示和高帧速PIV的观试结果，可知：附体前缘的大尺度涡产生于其上游的分离区，但在其下游逆压梯度的作用下，涡结构的流向迁移速度逐渐变慢，且涡结构的尺度在流向上和法向上均有所增加，并发展成主涡，揭示了主附体结合部大尺度涡结构的形成机理。.（2）结合部根部流场的三峰型概率密度分布函数的首次发现.在结合部瞬态流场中提取脉动速度的概率密度函数呈双峰分布，这与Simpson教授在2001年的发现相同；而亦存在三峰分布，而这一现象是首次发现。.（3）揭示结合部涡非定常特性产生的根源.在结合部流场中的主涡逐步向下游运动的过程中，主涡下游的角区涡不敌强大的逆压梯度，在附体前缘上游停止继续向下游运动，转向上游，反向碰击主涡，主涡出现振荡和强非定常运动，并伴随能量的重新分布。纵观这个过程，附体前缘的流动分离是结合部大尺度涡形成的根源；角区涡的逆向运动是引起结合部涡强非定常特性的根本原因，该重要结论是首次提出。.（4）恰当的抽吸位置使结合部大尺度涡主动控制起到事半功倍的控制效果.鉴于前期对结合部涡非定常特性及其产生原因的深入了解，消除角区涡的逆向运动是结合部流动控制的关键。在开始逆向运动的时刻，角区涡最接近翼型且离壁面最近，此时的角区涡强度最弱。故，选取了在角区涡开始逆向运动的位置，实施抽吸控制，以最小的能量消耗而起到事半功倍的控制效果，且向结合部流场中引入的额外干扰最小。.在项目开展期间，项目负责人荣获国家留学基金委公派访问学者项目资助，访问英国一年；荣获七〇二所“人才基金”资助，访问英国半年；培养高级工程师一名。.此外，项目负责人担任乐嘉陵院士主编的学术期刊《实验流体力学》编委；担任中国空气动力学会流动显示专业委员会第六届委员会委员。