浙江大学叶青青研究员团队发表论文：流向翅片对湍流边界层壁面压力源的调控机制 
研究背景：机翼后缘噪声是飞机、风力机和发动机螺旋桨的主要噪声来源之一，它是由湍流边界层与锋利后缘的相互作用引起的，具有宽频特性。受到猫头鹰安静飞行启发，近年来，一种模仿鸟类翅膀细密羽毛结构的新型流向翅片设计，已成为后缘噪声被动控制领域备受关注的研究方向。通过在机翼后缘位置安装细长翅片阵列，可以改变边界层流动结构分布特征和含能量，进一步影响压力脉动和辐射噪声强度。目前的研究缺少流向翅片对边界层内部不同尺度湍流结构影响的深入理解，难以建立与壁面压力脉动和噪声的直接关联。 针对以上问题，浙江大学叶青青研究员团队应用多物理场耦合测量的方法，旨在更深入解释流向翅片对湍流结构、压力脉动和噪声的调控机制。实验在浙江大学低速声学风洞开展，采用时间解析PIV和壁面压力脉动的同步测量分析湍流结构与宽频压力脉动关联（图1），并利用远场麦克风验证对远场噪声的抑制效果。结果表明，流向翅片在分离和近壁剪切层区域诱导生成发卡涡和展向涡结构，实现调制湍流边界层流动结构分布特征的效果（图2）。通过“破坏”大尺度湍流结构、“抬升”小尺度湍流结构两个主要机制，降低近壁速度脉动和剪切应力强度。 
图1. 时间解析PIV和壁面压力脉动同步测量装置示意图，(a) 三维视图，(b) 翅片平面，(c) 翅片间平面。
图 2 瞬时流向速度(u/U∞) 和流向速度脉动(u’/U∞) 云图，(a, b) 无翅片，(c, d) 翅片平面，(e, f) 翅片间平面。 采用压力-速度相关性分析方法（p-u correlation），揭示了湍流结构空间分布特性对低、中、高频段壁面压力脉动贡献机制（图3）。对于无处理的湍流边界层来说，中频的对应的发卡涡结构与压力脉动呈现强相关性。发卡涡引起的喷射和扫掠事件是主要压力脉动源。然而，流向翅片对p-u相关性的结果产生了明显影响。在低频段，翅片本身诱导的近壁弱流动分离和展向涡结构具有流向大尺度特征，使流动结构对低频段压力脉动的贡献增加。但是在中频段，翅片对湍流边界层大尺度发卡涡结构产生明显破坏作用，使得无处理条件下正负交替的p-u相关性强度大幅减弱。在高频段，p-u相关性几乎消失。这样的结果与壁面压力脉动功率谱和噪声幅频特性在不同频段的变化一致。这揭示了翅片诱导的不同尺度流动结构对壁面压力脉动的影响机制，从而解释了翅片处理能降低中高频噪声的原因。 
图 3 不同频带的压力速度相关性(p-u correlation)，(a, b) 全频带，(c, d) 低频带，(e, f) 中频带， (g, h) 高频带，(a,c,e,g) 无处理，(b,d,f,h) 翅片控制；黑色虚线表示压力传感器所在位置。 进一步分析湍流结构生成演化对极端压力事件的影响（HAPP）。通过对压力脉动信号中的极端事件进行条件提取发现，流向翅片使得极端压力脉动事件出现概率减少50%，从而实现有效降低声源强度效果。 该研究成果以Manipulation of mid- and high-frequency wall-pressure sources by streamwise finlets为题发表在流体力学顶级期刊Journal of Fluid Mechanics。浙江大学航空航天学院博士生潘之航是该文的第一作者，叶青青研究员是该文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（12372280）和国家重点研发计划（2020YFA0405700）的资助。 原文链接： https://doi.org/10.1017/jfm.2024.1192
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