科研动态 | 田立丰副教授团队在国际机械科学杂志IJMS发表论文

研究背景

        飞行器机体气动减阻技术已成为节能降耗的重要研究方向，其中，基于流动控制的尾迹管理策略被广泛视为降低压差阻力的有效途径之一。以Ahmed车身为代表的简化模型被大量用于探究车辆尾部复杂分离流动机理。该类模型尾部流动呈现显著的三维分离特征，C柱涡、倾斜面分离剪切层以及基底回流泡等多尺度相干结构共同决定了尾部压力分布与总阻力水平。现有研究表明，斜背角度是影响全局流态的关键参数，其临界值导致高阻与低阻两种迥异的尾流拓扑形态。围绕高阻状态的流动控制，学界已发展出诸如吹/吸气、等离子体激励及襟翼导流等多种主/被动方法，旨在抑制剪切层卷起、削弱C柱涡强度并促进基底压力恢复。然而，尽管上述控制手段在减阻数值上各有成效，不同控制方法所诱导的低阻尾流拓扑是否具有内在相似性、其动力学行为是否存在共同演化规律，至今尚未得到系统揭示。多数既有研究侧重于单一控制策略的工程收益评估，而对跨方法、跨构型之间的流场模态归一化分析及统一物理机制提取关注不足。为此，本文聚焦于高阻状态Ahmed车身的襟翼控制构型，通过实验测量系统研究受控尾流的拓扑演化与动力学特性，并与多种已有低阻构型开展系统对比，旨在揭示低阻尾流状态下的共性流场结构与动力学机制，为类似钝体绕流控制应用中尾迹拓扑的重构与量化提供理论依据。

研究成果

        针对高阻状态下Ahmed车身尾部复杂分离流动的调控难题及不同控制方法间尾流拓扑相似性缺乏系统探索的研究现状，raybet电竞下载田立丰副教授团队提出了一种基于襟翼被动控制的尾流拓扑重构与跨构型相似性分析方法，系统揭示了低阻尾流状态下的共性流场结构与动力学演化机制，相关成果以"Wake topology of a flap-controlled Ahmed body: An experimental study"为题发表于国际机械科学杂志《International Journal of Mechanical Sciences》（影响因子11.4）。论文第一作者为航空航天学院2025级博士生王树燊，通讯作者为田立丰副教授。

研究方法与结论

        针对高阻状态下Ahmed车身尾部复杂分离流动的调控难题，本研究提出了一种基于襟翼被动控制的尾流拓扑重构方法，并系统揭示了其与多种低阻构型之间的流场相似性特征。首先，在回流区空间尺度与涡量输运框架下，采用粒子图像测速（PIV）与壁面压力测量技术，对基准高阻构型与襟翼控制构型的近尾流场开展了系统的实验对比分析（见图1）。在此基础上，本研究建立了多维度流场模态相似性评价体系：通过识别回流泡归一化长度及涡旋强度等特征参数，明确了低阻状态下尾部回流区的共性拓扑结构（见图2）；通过分析剪切层分离形态与有效分离角（ESA）的变化规律，揭示了控制作用下尾流动力学行为的统一演化机制（见图3）。此外，引入流向平均动量平衡分析方法，对回流泡排空效应进行量化表征，从而建立局部动量输运改善与压差阻力降低之间的物理关联；同时，借助频谱分析手段，考察了剪切层调制对低频非定常特性（包括拍动模态与泵送模态）的抑制作用。对比分析表明，襟翼构型在四种具有相似低阻拓扑的实验案例中表现出高度一致的流场模态特征：上部回流泡完全包裹倾斜面，C柱涡受到显著抑制，尾流维持系综意义上的准二维性。研究还发现，受控状态下回流泡排空效应被改善；St≈0.08处泵送模态频谱峰值的减弱进一步证实了剪切层调制对低频振荡的稳定化作用。相比基准高阻构型及其他未涉及相似性分析的单一控制策略，本研究通过跨构型的流场相似性对比，建立了低阻尾流拓扑的量化描述框架，揭示了不同控制方法在达到低阻状态时所共享的流场演化路径，为钝体绕流控制应用中尾迹拓扑的可预测重构与性能评估提供了实验依据。

作者介绍

通讯作者：田立丰 raybet电竞下载航空航天学院副教授，博导，raybet电竞下载“百人计划”引进人才，主要研究方向为高速流场精细化测量技术与气动光学。

第一作者：王树燊 raybet电竞下载航空航天学院2025级博士研究生，研究方向为低空飞行器总体设计。

RESULT

        该研究所建立的Ahmed body尾流拓扑重构与跨构型相似性分析框架，深化了对高阻状态下钝体尾迹演化规律的认识，可有效揭示不同流动控制方法在达到低阻状态时所共享的流场结构与动力学机制，为车辆气动减阻设计、尾迹拓扑可预测重构以及类似钝体绕流控制应用中的流场性能评估提供了重要的实验依据与理论支撑。

供稿 | 王树燊

排版 | 黄卓毅

初审 | 张怀钦

审核 | 张锦绣 赵晓江

审定发布 | 罗愈业