
【化】 turbulent buffeting
onflow
【計】 turbulent flow
【化】 turbulence; turbulent (hydraulic) flow; turbulent flow
quiver; rouse; shake; shiver; tremble
brace up; flap; shake
湍流抖振(Turbulence Buffeting)是航空工程與流體力學中的重要概念,指飛行器在穿越大氣湍流時,因氣流不規則運動引發機體結構的高頻強迫振動現象。以下是基于專業漢英詞典及權威文獻的詳細解釋:
來源:《英漢航空工程詞典》《中國航空百科全書》
湍流抖振的物理本質是流體分離與渦脫落(Flow Separation and Vortex Shedding):
來源:NASA流體力學報告、劍橋大學湍流研究實驗室
根據美國聯邦航空管理局(FAA)適航标準,湍流抖振需重點關注:
來源:FAA Advisory Circular 25.341-1、國際民航組織(ICAO)文件
學術定義:
"湍流抖振是氣動彈性現象,源于隨機氣流激勵與結構動力響應的耦合。"
——《空氣動力學基礎》(約翰·安德森著,第5版)
來源:John D. Anderson, Fundamentals of Aerodynamics, McGraw-Hill.
實驗研究:
德國宇航中心(DLR)風洞實驗表明,機翼前緣渦流發生器可抑制20%–30%的抖振振幅。
來源:DLR技術報告《Active Buffet Suppression on Civil Aircraft Wings》
行業标準:
中國民航規章CCAR-25.341明确規定:飛機需通過抖振邊界測試,确保在湍流中結構完整性。
來源:《中國民用航空規章第25部》
湍流能量譜密度函數(Kármán譜)描述大氣湍流對機體的激勵:
$$ Phi(omega) = frac{sigma L}{pi U} cdot frac{1}{left(1 + frac{1.339Lomega}{U}right)^{5/3}} $$
其中 $sigma$ 為湍流強度,$L$ 為湍流尺度,$U$ 為飛行速度,$omega$ 為振動頻率。
來源:馮·卡門理論,見AIAA論文《Modeling of Atmospheric Turbulence》
湍流抖振(Turbulent Buffeting)是指流體在湍流狀态下對結構物産生隨機波動作用力,從而引發結構或其部分部件的不規則振動現象。以下從機理、特征和應用場景三方面展開解釋:
湍流抖振的本質是流體(如空氣或液體)的極度紊流對結構産生隨機波動作用力。當流體流速較高時,會形成包含大量小漩渦的湍流狀态(參考),這種紊流具有寬頻帶特性。若頻帶中某一頻率與結構的固有頻率接近,便會引發共振,導緻結構大幅振動()。
場景 | 具體表現 |
---|---|
管道系統 | 在密排管束中,流體紊流直接沖擊管壁,尤其在核反應堆鉛铋冷卻劑環境中易引發振動() |
航空航天 | 飛機尾翼處于機翼尾流時,湍流強迫尾翼振動,可能影響飛行穩定性() |
建築工程 | 高層建築或橋梁在強風形成的湍流中可能發生抖振,需通過風洞試驗優化結構設計() |
湍流抖振的臨界條件可通過雷諾數(判斷流體狀态)和斯特勞哈爾數(關聯漩渦脫落頻率)分析: $$ Re = frac{rho v L}{mu} quad , quad St = frac{f L}{v} $$ 其中,$Re>5000$時流體通常為湍流(),當$St$接近結構固有頻率時易發生共振。
如需進一步了解工程防護措施或案例分析,可參考、4、5的完整内容。
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