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Development of secondary vortex structures in rotor wakes

Schwarz, Clemens und Bodling, Andrew und Wolf, Christian und Brinkema, Robert und Potsdam, Mark und Gardner, Anthony (2022) Development of secondary vortex structures in rotor wakes. Experiments in Fluids, 63 (4), Seiten 1-21. Springer Nature. doi: 10.1007/s00348-021-03348-8. ISSN 0723-4864.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
7MB

Offizielle URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s00348-021-03348-8

Kurzfassung

The blade tip vortex system is a crucial feature in the wake of helicopter rotors, and its correct prediction represents a major challenge in the numerical simulation of rotor flows. A common phenomenon in modern high-fidelity CFD simulations is the breakdown of the primary vortex system in hover due to secondary vortex braids. Since they are strongly influenced by the numerical settings, the degree to which these secondary vortex structures actually physically occur is still discussed and needs experimental validation. In the current work, the development of secondary vortex structures in the wake of a two-bladed rotor in hover conditions was investigated by combining stereoscopic particle image velocimetry measurements in different measurement planes and high-fidelity simulations. Secondary vortex structures were detected and quantified at different axial locations in the wake by applying an identical scheme to the measured and simulated velocity data. In agreement, it was found that the number of secondary vortices is maximum at a distance of 0.8R below the rotor. The more intense secondary vortex structures were quantitatively well captured in the simulation, whereas in the experiment a larger number of weaker vortices were detected. No distinct preferential direction of rotation was found for the secondary vortices, but they tended to develop in vortex pairs with alternating sense of rotation. A clustered occurrence of secondary vortices was observed close to the primary tip vortices, where the rolled-up blade shear layer breaks down into coherent vortex structures.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/191161/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:Published Online: December 2021 Citation: print version 2022
Titel:Development of secondary vortex structures in rotor wakes
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schwarz, ClemensClemens.Schwarz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bodling, AndrewScience and Technology CorporationNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wolf, ChristianChristian.Wolf (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9052-7548NICHT SPEZIFIZIERT
Brinkema, RobertRobert.Brinkema (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Potsdam, MarkU.S. Army Combat Capabilities Development Command Aviation & Missile CenterNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gardner, Anthonyanthony.gardner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1176-3447134929528
Datum:Januar 2022
Erschienen in:Experiments in Fluids
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:63
DOI:10.1007/s00348-021-03348-8
Seitenbereich:Seiten 1-21
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTSpringerNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Springer Nature
ISSN:0723-4864
Status:veröffentlicht
Stichwörter:rotor wake, secondary vortices, PIV, CFD
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L EV - Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Virtueller Hubschrauber und Validierung
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Hubschrauber, GO
Hinterlegt von: Carter, Beatrice
Hinterlegt am:06 Dez 2022 11:26
Letzte Änderung:27 Jun 2023 15:05

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