Contribution of spanwise and cross-span vortices to the lift generation of low-aspect-ratio wings: Insights from force partitioning
本文研究了小展弦比矩形机翼上低雷诺数流动中涡诱导升力产生的机理。我们使用一个严格的力分割方法，它允许的压力引起的气动载荷的估计，由于不同的流动特征或涡结构的机翼周围的流动。这项工作的具体重点是区分展向和跨展向涡结构对压力诱导升力产生的影响。我们量化了由这些不同的涡流在机翼上引起的升力，并且还估计了它们在机翼周围和尾流中的流场的不同区域内的影响。通过改变机翼的展弦比和迎角，我们表明，在大多数情况下，展向涡的总升力的贡献小于跨展向涡。此外，近尾流中的展向涡量能够在机翼上产生净负升力，这可以通过分离和量化尾流中涡核和应变区的影响来解释。计算结果表明，力分配方法在分析涡主导流动的流动物理特性方面是有效的。
2022-11-21 physics.flu-dyn
Laminar separated flows over finite-aspect-ratio swept wings
我们对弦基雷诺数为$Re = 400$的有限展弦比后掠机翼上的层流分离流进行了直接数值模拟，以揭示在展弦比（$sAR=0.5-4$）、攻角（$α=16^{\circ}-30^{\circ}$）和后掠角（$Λ=0^{\circ}-45^{\circ}$）范围内产生的各种尾流结构。后掠翼尾流的动力学特性比非后掠翼尾流复杂。对于非后掠机翼，尾流动力学主要受翼尖效应的影响。定常尾流主要限于小展弦比机翼。由于翼尖涡引起的下洗减弱，在高$AR$机翼翼展中部附近发生非定常涡脱落。随着后掠角的增加，三维源从叶尖过渡到中跨。沿中跨两侧形成一对对称的旋涡结构，以类似于由叶尖涡引起的下洗的方式相互施加向下的速度。这种稳定的中跨效应不仅将定常尾流区域扩展到更高的展弦比，而且还增强了升力。在大展弦比时，后掠翼的中展效应在外侧区域减小，允许非定常涡脱落在翼尖附近发展。在大后掠机翼的尾流中，沿翼展反复形成流向指状结构，提供稳定效果。从这项研究中揭示的见解可以帮助高升力装置的设计，并作为一个垫脚石，了解复杂的尾流动力学在较高的雷诺数和非定常机翼机动产生的。
2020-05-19 physics.flu-dyn
Vortices, turbulence, and center of pressure in flow over pitching swept wings
Center for Fluid Mechanics, School of Engineering, Brown University（布朗大学工程学院流体力学中心）；Department of Mechanical Engineering, University of California, Riverside（加州大学河滨分校机械工程系）
本研究通过分析pitching掠翼上的涡流和湍流，揭示了展向角对压力中心运动的影响，并利用FMPM方法识别了涡结构和流场成分对净力和力矩的作用。
2025-12-11 physics.flu-dyn
Enhanced flight performance in non-uniformly flexible wings
生物推进器的灵活性，如翅膀和鳍，被认为有助于飞行和游泳的动物比他们的工程同行更高的性能。柔韧性似乎遵循一个通用的设计规则，即在推进器跨度远端的三分之一处产生弯曲模式。然而，形成这种收敛设计的空气动力学机制和性能的潜在改进还没有得到很好的理解。本文分析了非均匀柔度对滚转机翼飞行性能的影响。通过实验、数值模拟和比例分析，我们证明了遵循这一经验规则的展向叶尖柔性可以改善飞行性能。我们的研究结果将这种改善归因于颤振引起的阻力减小。这种机制是独立的机翼的自转，并代表了一个更普遍的特点，机翼与非均匀的尖端灵活性。最后，我们分析了展向和弦向非均匀性对翻滚荚舱飞行性能的影响。
2020-04-15 physics.flu-dyn
Laminar post-stall wakes of tapered swept wings
本文通过直接数值模拟研究了锥度和后掠对层流分离尾流的影响，发现锥形后掠翼虽增加流动不稳定性，但相比无锥度无后掠机翼具有更高的时间平均升力和升阻比。
2023-10-19 physics.flu-dyn
Controlling Tip Vortices and Cavitation through Tip Permeability for Tidal Turbines
针对潮汐涡轮机叶尖涡引发的空化等问题，提出局部透水性叶尖控制方法，通过模拟验证最优渗透率可大幅降涡减空化且几乎不影响发电效率，有望突破空化限制的叶尖速比上限。
2025-07-30 physics.flu-dyn
Vortices around Dragonfly Wings
蜻蜓能独立拍打翅膀，因此机动性很强。根据前、后翼相位差的大小，涡系结构及其与机翼的相互作用发生了显著的变化，气动性能也发生了显著的变化。在这项研究中，我们考虑了悬停飞行的模型，有三个不同的相位差（φ =-90，90，180度）。三维机翼形状是基于Aeschna juncea（Norberg，1972）的，雷诺数是基于最大平移速度和平均弦长的1,000。数值方法基于浸入边界法（Kim等人，2001年）。在反冲程（φ =180度）中，来自两个机翼的翼尖涡在尾流中连接，产生缠绕的翼尖涡（e-WTV）。由该涡旋引起的强烈向下运动降低了下一次下降冲程中的升力（Kweon和Choi，2008年）。当前翼领先后翼（φ =90度）时，后翼淹没在前翼产生的涡流中，并在整个下冲程中遭受诱导下洗流，导致升力显著减小。另一方面，当后翼领先于前翼（φ =-90度），e-WTV仅在后翼上击开始附近被发现。在后翼的下冲程中，大部分的e-WTV消失，后翼几乎不受该涡的影响，从而产生相对较大的升力。
2009-10-16 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Dusuk Reynolds Sayili akislarda kanat uzerinde kararsiz aerodinamigin incelenmesi
近年来，关于无人机、微型飞行器、风力机、鸟类和昆虫在低雷诺数下飞行的研究数量迅速增加。本文通过大量的实验分析，研究了展弦比为1（AR=1）、低雷诺数（Re=25000、50000和75000）的NACA 4412翼型机翼在0° ~ 45°范围内的非定常气动力特性。NACA 4412翼型主要用于风力机和微型飞行器。根据测力结果，确定Re=25000、50000和75000时的最大升力系数和失速角分别为1.19、1.21、1.24和39°、38°、37°。采用烟丝和油膜进行了机翼上不同平面（z/s=+0.4，+0.2，+0.1，0，-0.1，-0.2）的流场显示和速度分布实验。此外，确定了翼梢涡对机翼的影响。在小迎角时，在机翼的翼尖处观察到了翼尖涡，随着迎角的增大，翼尖涡通过机翼上水平移动的尾迹区发展，对机翼的影响增大。结果表明，叶尖涡在尾流区产生压差，并向展向移动，导致低雷诺数时分离泡减少，失速角增大。此外，由于叶尖涡的存在，流动条件变得更加复杂。
2020-09-02 physics.flu-dyn
On the structure of Vorticity and Turbulence Fields in a separated flow around a finite wing; analysis using Direct Numerical Simulation
本文利用直接数值模拟（DNS）方法，研究了在$Re_c=10^4$和$10^{\circ}$迎角下，NACA 0018有限长方形翼尖机翼周围涡量和湍流动能的空间分布和产生机理。分析的重点是高度不均匀的区域周围的尖端和近尾流，这个区域是高度卷积，强烈的三维，远离自相似。气流在靠近前缘处分离，在机翼中部周围形成一个大的开放式回流区。在翼尖附近，流动保持附着，但在靠近后缘处形成了另一个较小的回流区;该回流区强烈影响主翼翼尖涡的发展。对前缘附近三个涡的早期形成机制进行了阐述和讨论。更具体地说，我们分析了涡流拉伸/压缩和倾斜的作用，以及它如何影响每个涡流的强度，因为它接近后缘。我们发现，三维流动分离的尖锐的顶部接近前缘起着重要的作用，在随后的旋涡流动的发展吸力面。湍流动能和雷诺应力的生产也进行了研究和讨论，结合所确定的涡模式。维持涡度和湍流动能的机制的详细分析，提高了我们对这些高度三维，非平衡流的理解，并可以导致更好的驱动方法来操纵这些流。
2022-05-17 physics.flu-dyn
The effect of Reynolds number on the separated flow over a low-aspect-ratio wing
本文在雷诺数600至10000范围内研究低展弦比机翼前缘分离流与翼尖涡的相互作用，发现Re=2500时周期性被打破且小尺度涡增强，而更高雷诺数下气动力等诊断量敏感性降低，归因于翼尖涡的稳定作用。
2024-08-09 physics.flu-dyn
Laminar vortex dynamics around forward-swept wings
前掠翼在飞行器的空气动力学性能方面具有独特的优势。然而，这种机翼的低雷诺数特性在过去还没有被研究过。本文对半展弦比$sAR=0.5$ ~ 2的前掠机翼在弦基雷诺数为400时的层流分离流进行了数值研究。前掠翼产生的尾流与后掠翼产生的尾流明显不同。对于小展弦比的前翼，由于翼尖涡引起的强烈下洗效应，尾流保持稳定。对于较大的展弦比，下洗效应在机翼内侧区域减弱，允许出现非定常涡脱落。更大的展弦比允许大后掠机翼形成流向涡，稳定气流。前掠翼可以比非后掠翼和后掠翼在大迎角下产生更大的升力，但代价是高阻力。通过力元分析表明，前掠机翼升力的增加是由于在翼展外侧区域由翼尖涡诱导的下洗所维持的涡结构。目前的研究结果提供了一个详细的了解前掠翼层流分离流的后掠效应，并邀请高升力装置的创新设计。
2021-09-18 physics.flu-dyn
Numerical investigation of the vortex roll-up from a helicopter blade-tip using a novel fixed-wing adaptation method
这一贡献涉及到在悬停飞行条件下的直升机旋翼桨叶的尖端周围的流动的模拟。在这里，我们提出了一种新的框架适应的方法，使用全面的转子代码和高保真的数值模拟。我们构造了一个等效的固定翼配置从旋转叶片，其中离心力和科里奥利力被忽略。这种近似的解决方案的效果进行了分析。通过与文献中有关气动特性和叶尖涡卷起的风洞数据的详细比较，验证了该方法的有效性。该验证还包括俯仰角和转速的变化，直至跨音速叶尖速度。与以前发表的框架自适应方法相比，新的混合方法被发现更准确地再现旋转叶片尖端周围的流动。
2018-04-20 physics.class-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Enhanced Prediction of Three-dimensional Finite Iced Wing Separated Flow Near Stall
三元机翼上的结冰在失速附近引起严重的流动分离。标准改进的延迟脱体涡模拟（IDDES）由于不能准确地求解Kelvin-Helmholtz不稳定性而不能正确地预测脱体再附着流。在这项研究中，一个剪切层适应的亚网格长度尺度，以提高有限的NACA（国家航空咨询委员会）0012机翼前缘角冰周围的流动的IDDES预测。结果发现，应用新的长度尺度有助于更准确地预测分离剪切层（SSL）。由于翼尖涡流的下洗效应或端壁流动的影响，当向机翼两端移动时，再附着会发生得更早。因此，计算的表面压力分布与实验测量吻合得很好。相比之下，标准IDDES严重拉长表面压力平台。对于瞬时流动，新的长度尺度有助于正确地解决卷起和随后的配对的涡结构，由于其在初始SSL中的小值。根据涡量厚度计算的涡运动的Strouhal数在初始SSL中约为0.2，根据分离泡长度计算的再附着附近约为0.1。由于翼尖涡流的下洗效应，当向翼尖移动时，两个频率都增加。相比之下，从标准IDDES过大的涡粘性水平严重延迟展向结构的卷起，并引起“过相干”的结构。
2022-04-16 physics.flu-dyn
Force moment partitioning and scaling analysis of vortices shed by a 2D pitching wing in quiescent fluid
本文实验研究静止水中正弦俯仰 NACA 0012 机翼脱落涡的动力学，利用力与力矩分配方法从 PIV 流场估计涡诱导力矩，揭示其标度律并解释流体阻尼非线性行为，验证了 FMPM 分析实验流场数据的有效性。
2023-09-21 physics.flu-dyn
A quantitative analysis of leading edge vortices in flapping wing aerodynamics
本研究提出一种定量描述扑翼前缘涡的方法，结合Q准则、细化算法等识别涡结构与核心并计算流动量，应用于前飞扑翼数据，揭示LEV发展分裂规律及与截面升力的关联。
2025-09-05 physics.flu-dyn
Coherent dynamics in the rotor tip shear layer of utility scale wind turbines
最近在2.5 MW风力机的近尾流（转子顺风处最大0.5转子直径）中进行的现场实验使用了基于雪的超大规模粒子图像测速仪（SLPIV）（Hong等人，自然通讯，Vol.5，2014，No.4216）成功地将尖端涡核可视化为没有雪花的区域。然而，如此可视化的雪洞表明，尖端涡核的形状复杂，由圆形核心和明显的细长彗星状尾巴组成。我们采用大涡模拟（LES）来阐明实验确定的复杂叶尖涡的结构和动力学。LES再现涡核与SLPIV结果具有良好的定性一致性，基本上捕获了在尖端剪切层中观察到的所有涡核图案。我们表明，可视化的涡流图案是在转子尖端剪切层驱动的尖端涡流和第二组反向旋转的螺旋涡与尖端涡流交织之间的相互作用的能量相干动力学的结果。我们进一步表明，在这种丰富的相干动力学发生的区域内的平均流满足Leibovich和Stewartson（J. Fluid Mech.，第126卷，1983年，第126页。335- 356），表明SLPIV和LES揭示的不稳定性是离心型的。这项研究突出了采用雪空隙可视化尖端涡流的可行性，并展示了巨大的潜力，集成SLPIV与LES作为一个强大的工具，获得新的见解到公用事业规模的风力机的尾流。
2015-12-08 physics.flu-dyn
Propeller Tip Vortex Mitigation By Roughness Application
在这项研究中，表面粗糙度的应用模型和全尺寸的船用螺旋桨，以减轻尖端涡空化进行了评估。为了对湍流进行建模，采用SST kOmegamodel和曲率修正来模拟叶尖涡流传播的适当网格分辨率上的流动，根据我们之前的指南，每个涡流直径至少有32个单元。粗糙度的影响是由修改后的壁函数。分析的重点是两种类型的涡出现在船舶螺旋桨：尖端涡发展在较低的前进比号码和前缘尖端涡发展在较高的前进比号码。结果表明，由于这两种类型的涡流的起源和形成不同，需要不同的粗糙度模式，以减轻它们相对于性能退化的螺旋桨性能。我们的研究结果表明，叶尖粗糙度和前缘有限面积的组合是最佳粗糙度模式，可以实现叶尖涡空化缓解和性能下降之间的合理平衡。这种模式在模型比例条件下，导致平均TVC减轻37%，平均性能下降1.8%，而在全尺寸条件下，平均TVC减轻22%，性能下降1.4%。
2020-09-01 physics.flu-dyn
Triglobal resolvent-analysis-based control of separated flows around low-aspect-ratio wings
本文利用三全局 resolvent 分析的最优谐波强迫模态，通过根部脱落频率激励和翼尖高频扰动，主动控制低展弦比机翼的三维分离尾流，以减小分离泡、衰减翼尖涡并提升气动性能。
2024-06-18 physics.flu-dyn
Linear modal instabilities around post-stall swept finite-aspect ratio wings at low Reynolds numbers
本文用数值方法研究了在雷诺数为400时，在展弦比为4和8的两个机翼上，在一定迎角和后掠角范围内，有限翼展非锥形机翼上流动的线性模态不稳定性。底流是通过直接数值模拟产生的，将非定常不可压缩三维纳维-斯托克斯方程推进到定常状态，或使用选择性频率阻尼获得定常线性不稳定流。本文首次用谱元时间步进解算器识别了后掠机翼的三维非稳定线性整体模态。机翼几何形状和流动参数对这些模式的影响已被详细研究。发现增大迎角会使流动不稳定，而增大后掠角则有相反的效果。在非后掠机翼上，TriGlobal分析表明，最不稳定的整体模态峰值出现在尾流的中翼展区域;随着后掠的增加，模态结构的峰值向翼尖移动。然后，采用数据驱动分析来研究机翼几何形状和流动条件对非线性尾迹的影响。在非后掠机翼上，小迎角时的主导模态是类似开尔文-亥姆霍兹不稳定性，在性质上类似于相同条件下无限翼展机翼的整体模态。在大迎角和中等后掠角时，主要模态是称为干扰模态的结构。在大后掠角时，这种模态在大展弦比机翼上演变成细长的流向涡，而在较短机翼上，它变得与叶尖涡不稳定性难以区分。
2021-02-08 physics.flu-dyn
Effect of tip speed ratio on multiscale coherent dynamics in the near wake of a model wind turbine
采用粒子图像测速技术（PIV）对小型风力机在不同叶尖速比（$λ$）下的近尾迹流场进行了实验研究。风力机模型有一个机舱和一个塔，模仿真实比例的风力机。发现近尾流由多个相干结构主导，包括叶尖涡、机舱和塔的明显涡脱落以及尾流蜿蜒。发现叶尖涡的合并强烈依赖于$λ$。定义了与螺旋涡流节距相关的对流长度尺度（$L_c$），该尺度比涡轮直径（$D$）更适合区分近尾流和远尾流。塔架通过破坏叶尖涡的稳定性和促进下部（短舱下方）平面的混合，在气流中引起强烈的垂直不对称性。发现短舱脱落在“播种”尾流曲折中很重要，虽然这种曲折不是很强，但存在于短舱附近，并且只有在下游一定距离后（$x>3L_c$）才变得重要。涡轮机的“有效孔隙率”和$λ$之间建立了联系，发现尾流弯曲的强度和频率取决于$λ$。事实上，观察到随$λ$的尾流弯曲频率的下降趋势，类似于在不同孔隙率下从多孔盘的旋涡脱落。这种相似性支持尾流弯曲是涡轮机的整体不稳定性的概念，其可以被认为是直径为$D$的“多孔”钝体。
2023-02-25 physics.flu-dyn
Stability of Helical Vortex Structures Shed from Flexible Rotors
所提出的调查的动机是需要揭示潜在的转子流体-结构相互作用和涡流动力学之间的连接，以疲劳性能和柔性转子叶片，他们的轮毂，和他们的支持上层建筑的表征。为此，对柔性转子叶片叶尖涡的时间稳定性特性进行了数值研究。采用气动弹性自由涡尾迹方法模拟了螺旋桨叶尖涡及其速度场。一个线性特征值稳定性分析量化的稳定性趋势（增长率与扰动波数）和增长率的时间演变的尖端涡。首先对具有刚性叶片的典型转子及其叶尖涡的产生进行了模拟，以验证本文所采用的稳定性分析。接下来，使用国家可再生能源实验室5 MW参考风力机基础设计来模拟固定式风力机，以研究转子气动弹性对叶尖涡稳定性随时间演变的影响。叶片的灵活性被证明可以降低叶尖涡不稳定对低波数扰动的敏感性，叶片间距也可以降低增长率的大小，并改变增长率峰值对扰动波数的依赖性，所有这些在过去的旋翼机文献中都没有报道过。目前的研究旨在深入了解旋翼机叶尖涡流运动学和稳定性，以量化疲劳载荷及其影响，最大限度地减少不利的叶片涡流相互作用效应，如过度的噪音排放和大叶片振动也影响疲劳性能。
2021-05-17 physics.flu-dyn
On the maintenance of an attached leading-edge vortex via model bird alula
研究人员假设，鸟的翼形羽毛（或alula）的失速后升力效益源于在其薄轮廓的外手翼上保持附着的前缘涡流（LEV）。在这里，我们通过在风洞中的流动测量来研究翼片和LEV附件之间的联系。我们表明，一个模型alula，其润湿面积是1%的机翼，稳定再循环后倾LEV上的一个非后掠机翼倾斜在失速后的发病率。附着涡是翼片平滑地合并否则分离前缘和侧缘涡流的能力的结果。我们确定了两个促进这种合并的关键过程：i）在机翼前缘产生的展向涡量转向回到机翼平面，ii）位于后部的高量级根尖展向流的壁面射流（>自由速度的80%）。后一个特征引起LEV卷起，而前一个特征使LEV涡量向后倾斜，并通过外侧涡量通量将该流向翼尖排出。我们确定的alula的流向位置（相对于薄翼的前缘）作为重要的涡流转向和alula的倾斜角作为重要的高幅度展向流的产生。这些发现推进了我们对鸟类利用LEV来增强慢速飞行的可能方式的理解。
2020-01-12 physics.flu-dyn
Leading-edge vortex shedding from rotating wings
本文对雷诺数为$Re=250$的旋转三角翼前缘涡进行了数值研究。采用傅立叶拟谱方法和体积惩罚法进行了一系列三维数值模拟。从前缘涡稳定附着到周期性涡脱落的过渡是机翼展弦比和迎角的函数。结果表明，在稳定的布局，展向流动的回流泡通过机翼是由于离心力，不可压缩性和粘性应力。对于气泡外的流动，提出了展向流动的无粘模型。
2014-05-19 physics.flu-dyn
Multiple vortex structures in the wake of a rectangular winglet in ground effect
本文用SPIV方法研究了嵌入湍流边界层中的单个矩形小翼（涡发生器）尾迹的涡量分布。小翼通常安装在一个平面上，与迎面气流成一定角度。改变小翼高度（恒定展弦比）和角度的参数研究表明，与通常的经典单叶尖涡概念相反，尾流通常由多涡结构的复杂系统组成。先前已经发现主涡包含轴向流和旋转流之间的直接耦合。在目前的工作中，即使是从测量流向涡量检测到的纵向次级结构也显示出类似的行为。描述观察到的多个涡流的稳定远尾流状态作为小翼高度和角度的函数的状态图揭示了不仅具有主梢涡的流拓扑结构的复杂模式，而且还具有附加的二级结构。分叉图显示了各种次级结构的不同区域，以及在某些情况下初级涡如何受到它们的存在的显著影响。这些数据应作为灵感的过程中产生的纵向涡的增强传热和传质的工业设备，因为多涡制度可以帮助改善这些交换的条件。此外，这些结果指出了现有无粘性模型的弱点，没有考虑到尾流中多涡结构的可能性。
2019-06-14 physics.flu-dyn
Closely spaced co-rotating helical vortices: General solutions
Aix Marseille Université, CNRS, Centrale Marseille, IRPHE（艾克斯马赛大学、法国国家科学研究中心、中央马赛学院、IRPHE）；Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Aeroespacial, Universidad Carlos III de Madrid（马德里卡洛斯三世大学生物工程与航空航天工程系）
本文提出了一种用于紧密排列同向螺旋涡流的通用解法，通过移动框架分析涡流结构的演变，揭示了尾涡的双重特性。
2021-04-28 physics.flu-dyn
Separated flows over swept wings across transitional Reynolds numbers
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
本研究通过参数化数值模拟，探究后掠角与雷诺数对有限翼前缘分离和翼尖涡的影响，发现高雷诺数下增大后掠角可增强升力，并揭示流向涡量变化等关键机制。
2026-10-01 physics.flu-dyn
Wake Tail Plane Interactions for a Tandem Wing Configuration in High-Speed Stall Conditions
本研究采用AZDES混合RANS/LES方法，研究高速抖振下串列翼的尾流-尾翼相互作用，分析了前翼激波振荡、尾流特性及后翼载荷变化规律，区分了不同频率的升力脉动成因。
2023-06-16 physics.flu-dyn
Thin ring wing as a means of flow improvement upstream of a propeller
本文研究用薄环翼作为被动涡流发生器改善螺旋桨上游流动不规则性，通过线性理论求解并估算诱导纵向涡强度，结合拖曳水池实验验证其减振降噪有效性。
2025-02-06 cs.AI physics.flu-dyn
Effect of inflow conditions on tip vortex breakdown in a high Reynolds number wind turbine wake
实验研究不同来流条件下高雷诺数风力机尾流叶尖涡破裂，发现湍流强度和叶尖速比显著影响涡破裂，而平均剪切影响较弱。
2025-02-28 physics.flu-dyn
High-Order Large-Eddy Simulations of a Wind Turbine in Ducted and Open-Rotor Configurations
采用高阶大涡模拟方法研究了涵道风力机在不同叶尖速比下的性能和流场。为了评估管道的影响，还对相应的开式转子涡轮进行了具有相同叶尖速比的模拟。结果发现，涵道涡轮机始终获得更高的功率输出比开放的转子对应，和管道本身增强了流动湍流和叶片后缘涡，但削弱尖端和轮毂涡。在最大叶尖速比下观察到流动分叉，并确定是由叶片阻塞效应引起的。在不同的偏航角下，对两种涡轮机进行了比较模拟。应注意，涵道构型对小的偏航角不敏感，并且在所有偏航角下保持比开式转子构型更高的功率输出。此外，据观察，这两种配置的尾流恢复更快的偏航角增加。
2022-06-01 physics.flu-dyn
A numerical investigation of sweep effects on turbulent flow over iced wings
Tsinghua University（清华大学）；Sapienza University of Rome（罗马大学）；University of Texas at Arlington（阿灵顿德州大学）；Northwestern Polytechnical University（西北工业大学）
本研究用AMD-IDDES方法数值研究结冰后掠机翼，发现后掠角诱导的展向流将分离区从二维转为三维，并主导非定常气动力，翼尖影响次要。
2025-07-21 physics.flu-dyn
Preliminary Study of the Effects of Leading-Edge Serration on a Two-Section Planar Wing in ground-effect at Low Reynolds Number
KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；Illinois Institute of Technology（伊利诺伊理工学院）；University of Michigan（密歇根大学）
本研究探讨了低雷诺数地面效应下双段平面翼前缘锯齿结构对升力和失速角的影响，通过数值和实验验证发现锯齿结构能提高升力系数，但高攻角下数值模型精度下降导致升力性能下降。
2025-12-08 physics.flu-dyn
Aerodynamic interaction of bristled wing pairs in fling
体长小于2 mm的微小飞行昆虫使用带有刚毛的翅膀的“抓-甩”机制，在$\mathcal{O}$上的基于弦的雷诺数（$Re$）下增加升力和减少阻力（10）。我们研究了在$Re$ =10时，作为初始翼间间距（$δ$）和旋转与线性平移之间重叠程度的函数的有刚毛机翼的翼-翼相互作用。一个动态缩放的机器人平台被用来驱动具有以下运动学（相对于垂直的所有角度）的刚毛翼对的物理模型：1）围绕后缘旋转到角度$θ_\text{r}$ ; 2）以固定角度线性平移（$θ_\text{t}$）;以及3）组合旋转和线性平移。结果表明：1）循环平均阻力系数随$θ_\text{r}$和$θ_\text{t}$的增加而减小; 2）由于前缘和后缘涡环量的不对称性增加，$δ$的减小使升力系数增大。一个新的无量纲指标，反向流动能力（RFC），被用来量化的最大可能的能力，刚毛翼泄漏流体通过刚毛。尽管RFC较大，但较小的$δ$和$θ_\text{r}$的阻力系数较大，这可能是由于刷毛周围的剪切层阻塞了刷毛间流动。旋转初期较小的$δ$导致机翼之间形成强正压分布，从而导致阻力增加。随着$θ_\text{r}$的增加，正压区减弱，这反过来又减小了阻力。据报道，微小的昆虫在飞行中使用大的旋转角度，我们的研究结果表明，一个合理的原因是为了减少阻力。
2020-11-02 physics.flu-dyn
Wake dynamics of finite-aspect-ratio rotating circular cylinders at low Reynolds number
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Central South University（中南大学）；Shenzhen Research Institute of Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学深圳研究院）
研究有限长比旋转圆柱体在低雷诺数下的涡流动力学，探讨自由端效应对其涡流动力学和气动性能的影响，通过直接数值模拟揭示三维涡流形成机制及端板抑制作用。
2025-08-26 physics.flu-dyn
Propeller-wing interactions of a lift + cruise eVTOL configuration during transition
University of Southampton（南安普顿大学）
本研究通过风洞试验，探究升力+巡航eVTOL过渡阶段螺旋桨与机翼间距及电机方向对气动性能的影响，发现后电机正装且短间距可提升升阻比，前螺旋桨靠近机翼正装可改善特定前进比下的性能。
2026-09-10 physics.flu-dyn
Resonance and propulsion performance of a heaving flexible wing
本文研究了在无粘边界条件下，柔性垂荡翼在二维平行流中弯曲刚度对其推进性能的影响。采用势流理论描述扑翼绕流。机翼的涡尾流是由机翼后缘非定常强度的点涡脱落引起的。后缘挥舞振幅被证明是最大的一个离散的刚性值的集合，在那里的强迫频率和系统的固有频率之间发生共振。这些共振的位置与线性稳定性分析结果的定量比较。这样的共振引起的平均开发的推力和功率输入的最大值。扑翼效率也被证明是大大提高了灵活性。
2009-06-15 physics.bio-ph physics.flu-dyn
On the unsteady aerodynamics of flapping wings under dynamic hovering kinematics
本文采用重叠网格与LES模拟Re~O(10^3)下刚性半椭圆翼的激进悬停扑动，揭示附加质量、尾流作用与LEV在不同阶段产生升力峰值的机制，并用扩展POD分离主导流动结构。
2024-08-06 physics.flu-dyn
Numerical simulation of vortex-induced drag of elastic swimmer models
我们提出了数值模拟的简化模型的游泳生物或机器人，使用弦向柔性弹性板。我们专注于尖端涡起源于三维效应，由于有限的跨度的板。这些效应在预测游泳者的巡航速度时起着重要作用，因为它们对拖曳力有显著贡献。首先，我们用不同长宽比的矩形板模拟游泳者，并将结果与最近的实验研究进行比较。然后我们考虑具有膨胀和收缩形状的板。我们发现收缩游泳者的巡航速度高于矩形游泳者，矩形游泳者的巡航速度又高于扩张游泳者。我们提供了一些证据表明，这一结果是由于尖端涡与游泳者不同的相互作用。
2018-03-20 physics.flu-dyn
Aerodynamic Influence Over Leading and Pursuing Motorcycles Equipped With Downforce-Generation Wings
University of Brasília（巴西利亚大学）
通过数值模拟研究装备翼片摩托车对后车的气动影响，发现湍流尾迹和翼尖涡对后车稳定性有独立影响，并提出移除下压力翼片以提高安全性。
2024-11-06 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Investigation of flow field of clap & fling motion using immersed boundary coupled lattice Boltzmann method
本文采用浸没边界与格子玻尔兹曼方法耦合的方法，研究了由拍击和甩击机制引起的流场。格子玻尔兹曼方法（LBM）是一种可替代Navier-Stokes方程的方法，由于其在求解复杂的移动边界问题时的简单性和计算效率而被使用。对两个展弦比为5的椭圆机翼在不同雷诺数（Re = 75，100，150）、前进比（J = 10 E-3，10 E-2，2）和频率（f = 0.05Hz，0.25Hz）下进行拍拍和甩拍运动的绕流进行了数值模拟。数值模拟能够捕捉到典型的低雷诺数非定常现象，如“尾涡-机翼干扰”、“Kramer效应”和“延迟失速”。计算结果与实验观察在定性和定量上都是一致的。涉及Re、f和J的不同组合的参数研究描绘了明显不同的空气动力学性能，提供了对流动物理的物理见解。观察到低f、低J和高Re流的组合导致更好的气动性能。与准定常状态（J>1）相比，在非定常状态（J<1）下通过前缘涡获得了显著的升力增强。通过研究不同来流条件下前缘涡的大小和强度，研究了前缘涡在增升中的作用。对于给定的Re，最大升力系数的大小随f的增大而减小，与J的值无关;而随着Re的增大，最大升力系数的大小随f的增大而增大。
2021-02-02 physics.flu-dyn
Reconfiguration and oscillations of a vertical, cantilevered-sheet subject to vortex-shedding
研究垂直悬臂聚乙烯薄板在 Bénard-Kàrmàn 涡旋作用下的平均重构与尖端振荡，提出静平衡和扭转弹簧平板模型，并揭示锁定、尾流致振及多频模态响应。
2023-07-30 physics.flu-dyn
Hydrodynamic interactions of low-aspect-ratio oscillating panels in a tip-to-tip formation
本研究通过数值模拟和水洞实验，首次三维表征了低展弦比振荡板在尾对尾构型中的流体动力学相互作用，发现同相运动可显著提升推力，反相运动可降低功耗，为垂直层叠推进器提供了参考数据集。
2025-06-27 physics.flu-dyn
Energy exchanges between coherent modes in the near wake of a rotor model at different tip speed ratios
本文通过多尺度三重分解和相干动能收支分析，揭示了转子尾流中叶尖涡系统、脱落模态和尾流蜿蜒模态的能量来源与非线性三波传递网络，并发现尾流恢复起始位置随叶尖速比增大而提前。
2024-02-20 physics.flu-dyn
Effects of Plunging Acceleration on the Passive Morphing of Avian-Inspired Flexible Foils
University of Birmingham（伯明翰大学）
研究探讨了在加速下沉条件下柔性翼的动态特性，揭示了瞬态运动学、结构顺应性和气动性能之间的机制联系，发现柔性翼尾缘能提升气动性能，但过度柔性会降低性能。
2026-03-29 physics.flu-dyn
Acoustic streaming generated by sharp edges: the coupled influences of liquid viscosity and acoustic frequency
即使声波波长远大于血管尺寸，也可以在尖锐结构周围产生声流。我们用粒子图像测速法进行实验，通过液体粘度\textcolor{blue}{owing to the strongly focused inertial effect experienced by the acoustic flow near the tip.}（从1 mm $^2$ /s到30 mm $^2$ /s）和声频$f$（从500 Hz到3500 Hz）的影响来量化这种流动。这两个量都影响粘性边界层$δ= \left(\fracν{πf}\right)^{1/2}$的厚度。在所有情况下，流动流表现为来自叶尖的主中心射流，在叶尖旁边和边界层外部产生两个横向涡。作为特征流动速度，最大速度位于距尖端$δ$的距离处，并且其随着声速的平方而增加。然后，我们提供了经验的缩放律量化的影响，$ν$和$f$上的流速度。在全球范围内，流动速度显着削弱了较高的粘度，而无论粘度的流动模式和扰动距离保持相似。除粘度外，频率也强烈影响最大流动速度。
2020-06-19 physics.flu-dyn
From vortices to forces - a data-driven framework for unsteady lift generation in three-dimensional vortex-dominated flows
本研究针对高雷诺数三维涡主导流动中涡结构与瞬态力的因果关联难题，以突启动转子叶片为对象，结合直接数值模拟与力分解方法提出量化涡对升力影响的指标，构建了非定常力归因的数据驱动框架。
2025-07-30 physics.flu-dyn
Vorticity dynamics of revolving wings: The role of planetary vortex tilting on the stability of the leading-edge vortex
本文研究了旋转机翼前缘涡的涡量动力学和稳定性。以往的研究表明，科里奥利加速度和展向流都发挥了关键作用，在稳定的LEV，但是，确切的机制仍然不清楚。目前的研究探讨了一种机制，涉及科里奥利加速度的影响，展向流，和倾斜的行星涡限制增长的LEV。具体地说，该机理表明，展向流中的垂直梯度可以在科里奥利加速度中产生垂直梯度，这反过来又会在LEV内产生相反符号的涡量。科里奥利加速度的梯度对应于行星涡旋倾斜（PVTr）的展向（径向）分量，其将行星涡旋重新定向到展向方向，因此产生相反符号的LEV涡度。使用内部的浸入边界法流动解算器，对不同展弦比（AR= 3，5和7）和雷诺数（Re=110和1400）的旋转机翼的这种机理以及其它涡动力学进行了研究。涡度动力学分析表明，PVTr始终产生相反签署的涡度的所有值的AR和Re调查，虽然其他三维现象发挥类似的，但更占主导地位的作用时，Re = 1400。此外，随着AR的增加，由于平流的幅度减小，PVTr的相对强度增加。最后，研究了AR和Re对涡动力学和LEV稳定性的影响。
2018-06-27 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Flow behind the Imperial Front Wing: comparison of results from volumetric PTV experiment and Nektar++ simulations
Department of Aeronautics, Imperial College London（帝国理工学院航空系）
通过体PTV实验与高保真LES模拟对比，验证了Shake-The-Box算法在赛车空气动力学中的适用性，并发现了前翼尾流中一个此前未报道的关键涡结构。
2026-08-26 physics.flu-dyn
Wake Turbulence of Two NREL 5-MW Wind Turbines Immersed in a Neutral Atmospheric Boundary-Layer Flow
该流体动力学视频考虑了在中性大气边界层（ABL）中由七个转子直径分开的两个NREL 5 MW涡轮机的阵列。中性大气边界层流动数据是通过使用OpenFOAM中的大涡模拟（LES）框架的前体ABL模拟获得的。轮毂高度平均风速8 m/s，表面粗糙度0.2m。采用激励线法（ALM），通过在动量方程中加入体积力，对风力机叶片进行建模。流体动力学视频从不同的角度显示了叶片产生的根部和尖端涡流。旋涡变得不稳定，并分解成大尺度的湍流结构。随着风力机的尾流向下游进一步平流，产生较小尺度的湍流。显然，由于上游风力机的尾流产生的湍流水平增加，下游风力机的叶片产生的涡流更快地分解。
2013-10-11 physics.flu-dyn
The transition to aeration in two-phase mixing in stirred vessels
我们考虑在一个开放的圆柱形容器内，通过倾斜叶片涡轮机的旋转来混合粘性流体，空气作为上面较轻的流体。为了研究流动和界面动力学，我们利用了一个高度并行化的实现的混合前端跟踪/水平集方法，采用域分解并行化策略。我们的数值技术的目的是忠实地捕捉复杂的界面变形，拓扑结构的变化，包括界面破裂和分散相聚结。如通过瞬态三维直接数值模拟所示，叶轮诱导形成了许多理想化旋转流中出现的主涡流以及类似于开尔文-亥姆霍兹（Kelvin-Helmholtz）、涡流破裂、叶片尖端涡流和端壁拐角涡流的几种次级涡流结构。随着旋转速率的增加，当界面到达旋转叶片时，观察到过渡到“曝气”，导致气泡夹带到粘性流体中，并产生气泡状的旋转自由表面流。曝气过渡的机制进行了探讨，是导致它的路线，这是表现出很强的依赖于流动的历史。
2022-11-16 physics.flu-dyn
Exact solutions for ground effect
“地面效应”是指飞行员或游泳运动员在接近地面的情况下所享受的增强性能。我们得到了一些精确的解决方案，这一现象，从而阐明了潜在的物理机制涉及地面效应。与以前的分析研究不同，我们的解决方案不限于特定的参数制度，如“弱”或“极端”的地面效应，甚至不需要薄翼型理论。此外，这些解对于迄今为止难以处理的流动现象，包括点涡、均匀流和应变流、机翼的非定常运动和库塔条件，都是有效的。我们把地面效应模拟为流过倾斜于平壁上方的机翼的势流。模型的求解需要两个步骤：首先，物理域和同心环空之间的坐标变换，其次，环空内的势流问题的解决方案。我们表明，这两个步骤可以通过引入一个新的特殊功能，这是简单的计算解决。此外，随后的解决方案是简单的表达，并提供了新的见解地面效应的数学结构。为了确定我们的势流模型中缺少的物理，我们将我们的解决方案与新的实验数据进行比较。实验表明，在小迎角时，机翼和壁面上的边界层分离发生，我们提出了一些方法，使我们的模型可以扩展到考虑这些影响。
2019-12-05 math.CV physics.flu-dyn
Surface roughness effects in a transonic axial flow compressor operating at near-stall conditions
本研究针对跨声速轴流压气机近失速工况，通过RANS数值模拟对比光滑与粗糙NASA rotor 67叶片的流动特性，揭示了表面粗糙度会加剧叶尖区域堵塞，促进转子完全失速的规律。
2024-09-11 physics.flu-dyn
Lift and leading-edge suction parameter of separated flows over an NACA0012 at high angles of attack
National Tsing Hua University（国立清华大学）
研究通过CFD模拟分析NACA0012静止翼在高攻角下的分离流特性，探讨前缘吸力参数（LESP）与升力的关系，揭示涡量预算对气动性能的影响。
2026-04-25 physics.flu-dyn
Curvature effects on the structure of near-wall turbulence
本文利用直接数值模拟数据库和各向异性广义Kolmogorov方程，揭示凹-凸-凹壁面鼓包如何改变近壁条带、涡结构及能量产生、再分配与尺度传递。
2023-08-17 physics.flu-dyn
