羽毛球转起来以后，它周围流场会变化吗？

   本周三（2020-07-28）推文“Watch out! 羽毛球周围流场原来是这样的”受到了读者的欢迎，点击数迅速超过2300，转发也超过了150次。可视化照片中显现了各种尺度的湍流结构，让人眼睛一亮。有读者提出：实验中羽毛球是固定的，这与体育活动中实际羽球状态不符。这是一个犀利的问题，飞行羽毛球的确是旋转的，旋转对流场也有显著的影响。

     羽毛球的羽毛结构与风车有相似之处，来流像推动桨叶一样推动羽毛，进而转动羽毛球（见下图）。从击球者角度观察，羽毛球逆时针旋转。搓球时也会形成顺时针的旋转。

    下面的视频是羽毛球在10m/s来流的作用下旋转的图像。根据以往研究[1]，该条件下羽毛球旋转的速度约为每秒8圈，球翼尾部旋转线速度约为来流速度的15%。

    可自由旋转羽球的尾流展现出与固定羽球尾流不同的状态。 在速度为6m/s条件下，尾流与与固定羽球相比更加稳定，旋涡尺度相对较小（见下面的对比图）。

    在速度为8m/s条件下，尾流依然稳定。与固定羽球相比，湍流结构的长度尺度较小。

    下面四张图为10m/s条件下的可视化照片，湍流结构长度尺度依然较小，说明旋转可以抑制我们在固定羽球尾流中观察到的大尺度流动结构。羽球在旋转形成的陀螺效应以及低尾流扰动条件下可更加稳定地飞行。

文献：

[1] Nakagawa et al. ( 2012 ), Procedia Engineering 34:104 – 109