题目：鸭式布局不同迎角下复杂涡系融合机理实验研究

鸭式布局大迎角下，鸭翼涡与主翼涡相互卷绕、融合。本文针对鸭式布局旋涡融合的特点，将鸭式布局复杂的旋涡作用独立出来，用一对同向旋转翼尖涡来模拟鸭翼涡与主翼涡利，用流动显示技术和PIV等实验技术研究单个旋涡在自由流场及在平板限制条件下的发展过程，分析旋涡在流场中的发展情况。在此基础上研究两个同向旋转的旋涡在相应流场中的融合，对其融合过程、融合机理进行分析，得到以下成果：

单个旋涡在向下游发展的过程中受粘性作用，旋涡涡量会向外围扩散，旋涡半径增大，旋涡强度减弱，旋涡脉动变大。当旋涡距离平板较远时，受平板镜像效应的作用，旋涡高度降低受到抑制，同时旋涡半径的增长速度减小，旋涡脉动减弱。由于旋涡距离平板较远，基本不受平板边界层粘性影响，旋涡环量的变化趋势基本保持不变。当旋涡初始高度降低到一定值时，受平板镜像涡的诱导作用，旋涡发生展向漂移。当旋涡距离平板较近时，受平板横向边界层分离生成的二次涡影响，旋涡的高度将会发生反弹，同时受平板流向边界层的抬升作用使旋涡高度最终稳定在流向边界层界面附近。由于旋涡距离平板较近，受二次涡及流向边界层的粘性作用，旋涡半径增长速度变快，旋涡涡量扩散加快，旋涡强度也会迅速减小，旋涡脉动加强。

一等强度同向旋转涡对的融合过程可以划分为三个过程：第一扩散阶段、对流阶段和第二扩散阶段。第一扩散阶段，旋涡间距基本不发生变化，旋涡系统方位角呈线性增长。当旋涡半径与旋涡间距比值增大到0.27左右，旋涡融合开始进入对流阶段，旋涡间距急剧减小，旋涡公转角速度明显增大，旋涡涡量以涡丝形式向彼此扩散，之后旋涡形态发生变形，涡量对流加剧。旋涡融合第二扩散阶段，两个独立的旋涡融合成一个单一旋涡，旋涡将由椭圆形态逐渐变为轴对称形。

旋涡对的融合受平板限制时，在第一扩散阶段，旋涡的间距即快速减小，涡对的公转角速度快速增大。涡对并没有受到边界层粘性的影响，旋涡环量没有明显的变化。靠近平板的旋涡受平板边界层的影响更大，其对旋涡融合的影响也更大。受平板限制，旋涡对会产生类似单涡情况的展向的漂移及高度的“反弹”，旋涡的空间轨迹不同于自由涡对情况。旋涡空间轨迹的变化促使两涡之间靠的更近，使得旋涡融合提前发生。