● 摘要
本文研究了细长翼偏航/滚转两自由度机翼摇滚问题。以往关于细长翼机翼摇滚的研究中，无论从实验还是计算方面，都着重于研究沿滚转轴的单自由度机翼摇滚，因为滚转轴的摇滚振荡相比其它轴的振荡更占优。同时，由于实验机构复杂等问题的限制，实验上研究多自由度摇滚也很困难。本文采用数值模拟方法，在研究单自由度机翼摇滚的基础上，进一步将偏航轴的自由度放开，研究偏航/滚转两自由度机翼摇滚的运动形态及流动特征。
首先，为提高机翼摇滚的计算效率，在分析常规流固耦合松耦合算法以及流动的动态迟滞效应基础上，提出了改进的松耦合算法。该方法在离散刚体动力学时采用隐式方法校正当前步，而通过显式方法预测下一步，最后通过梯形公式预测和校正步求平均。数值模拟结果发现，改进的松耦合算法改善了机翼摇滚计算随时间步的收敛性，可以在较大时间步下得到正确结果，提高了计算效率。同时，计算结果也表明改进的松耦合方法的数值稳定性也有显著改善。
通过上述改进方法计算了80°后掠平板三角翼单自由度机翼摇滚现象并分析了流动机理，发现引起和维持机翼摇滚的不稳定阻尼力矩主要来源于涡核位置沿法向和展向的动态迟滞，而涡强度的动态迟滞则提供了稳定的阻尼力矩。细长翼在小迎角下不摇滚，而在大迎角下摇滚的原因在于涡位置的迟滞和涡强度迟滞两种机制的竞争。
通过对偏航/滚转两自由度摇滚进行计算，发现：对于两自由度机翼摇滚滚转方向和偏航方向的运动密不可分，偏航方向的运动是由滚转运动诱导的气动力驱动的；偏航轴方向的振幅远小于滚转轴方向的振幅，滚转和偏航运动中各自包含对方频率的运动成分； 两自由度机翼摇滚起始摇滚迎角同单自由度摇滚起始迎角类似；在同样条件下，偏航/滚转两自由度机翼摇滚的滚转角振幅小于单自由度机翼摇滚的滚转角振幅；两自由度摇滚中滚转角方向的摇滚也是由于涡迟滞产生的不稳定力矩引起的，且力矩迟滞曲线形状相似；偏航/滚转两自由度机翼摇滚受偏航转轴的影响很大，当偏航转轴位于气动中心前面的位置时，摇滚有被抑制的趋势；当偏航转轴位于气动中心后，三角翼会偏航方向会发散。
关键词：机翼摇滚，偏航/滚转两自由度，数值模拟，细长三角翼
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