浙大学者揭示仿生“小鳍”调控湍流降噪机制 航华仪器助力高精度气动声学实验

近日，浙江大学学者的潘志航与叶青青在流体力学顶级期刊《Journal of Fluid Mechanics》上发表了题为《通过流向小鳍调控中高频壁面压力源》的研究论文。该研究通过实验深入揭示了仿生流向小鳍结构对湍流边界层相干结构的调控机理，及其降低壁面压力波动与后缘噪声的内在关联。

后缘噪声是飞机、风力涡轮机等高速装备的主要宽带噪声源之一。受猫头鹰翅膀绒毛启发而提出的仿生小鳍结构，此前已被证明具有显著的降噪潜力，但其对湍流结构的详细影响机制尚不明确。该研究在NACA0018翼型后缘上游布置了三种不同展向间距的流向小鳍，综合运用时间分辨粒子图像测速、壁面压力传感器与远场传声器进行同步测量。研究发现，小鳍通过在边界层内诱导强烈的动量输运，形成了脱离的剪切层与近壁流动分离，导致壁面附近出现显著的流速亏损。瞬时流场显示，小鳍顶部产生了发卡状涡结构，而近壁分离泡内则形成了展向涡旋。这些新生成的涡结构显著改变了原始湍流相干结构，引发了一个整体性的“抬升”过程，使高能湍流结构远离壁面，从而降低了近壁剪切应力与中高频壁面压力波动。

研究进一步通过压力-速度相干性与相关性分析，定量揭示了瞬时非定常流动特征与壁面压力脉动之间的时空关联。结果表明，小鳍对湍流结构的重塑，显著削弱了中高频段内壁面压力脉动与远场噪声的相干强度，其频段与实验中观测到的降噪频段吻合，从而阐明了其降噪的物理机制。该研究为发展高效、低阻的仿生流动控制与噪声抑制技术提供了重要的理论依据与实验支撑。

该研究在翼型表面静压测量中使用了航华仪器（Hanghua）的PSU32压力扫描阀系统。该设备具备多通道同步采集与高精度测量能力，为准确获取翼型表面压力系数分布、确定有效迎角等关键参数提供了可靠保障，展现了国产测量仪器在流体力学与气动声学前沿实验研究中的重要作用。该文作者潘志航获航华奖学金。

[1] PAN Z, YE Q. Manipulation of mid- and high-frequency wall-pressure sources by streamwise finlets[J/OL]. Journal of Fluid Mechanics, 2025, 1005: A8. https://www.cambridge.org/core/product/identifier/S0022112024011923/type/journal_article. DOI:10.1017/jfm.2024.1192.