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Practical aspects of designing background-oriented schlieren (BOS) experiments for vortex measurements

Schwarz, Clemens und Braukmann, Johannes N. (2023) Practical aspects of designing background-oriented schlieren (BOS) experiments for vortex measurements. Experiments in Fluids, 64 (4), Seiten 1-19. Springer Nature. doi: 10.1007/s00348-023-03602-1. ISSN 0723-4864.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s00348-023-03602-1

Kurzfassung

Setup-related aspects of background-oriented schlieren (BOS) experiments are discussed focusing on a sensitivity parameter S, which represents the relation between light deflection and resulting BOS signal, and the geometric blur. An analytic expression for the geometric blur by means of the circle of confusion (CoC) was derived which shows a proportional relation to the sensitivity factor S. The theoretical findings were validated in a reference experiment using generic distortions in glass plates. It was found that the filtering effect of the blur decreases the maximum background shift and its influence can be expressed with a blur loss factor B, which depends on the size of the CoC in relation to the investigated object. Multiplying the setup sensitivity S with the blur loss B results in the effective sensitivity Seff that determines the maximum achievable BOS signal of a schlieren object. For the investigated reference objects, the maximum effective sensitivity Seff was found to occur at CoC sizes in the object domain from 2.5 to 3.8 times the extent of the investigated objects. A step by-step method is proposed for designing BOS experiments to obtain a maximum signal strength. The design parameters are further discussed specifically in regard to rotor tip vortex visualization, for which a variety of previously reported experiments are compared. A simple prediction method for the BOS signal of blade tip vortices is proposed and validated with experimental data from a rotor test stand. The application of the method to rotor systems of different size shows the requirement for increasingly higher sensitivity values for visualizing vortices of small-scale rotors.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/194058/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Practical aspects of designing background-oriented schlieren (BOS) experiments for vortex measurements
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schwarz, ClemensClemens.Schwarz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Braukmann, Johannes N.Johannes.Braukmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8046-9623NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:18 März 2023
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:64
DOI:10.1007/s00348-023-03602-1
Seitenbereich:Seiten 1-19
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTSpringer NatureNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Springer Nature
ISSN:0723-4864
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Background-Oriented Schlieren, Blade Tip Vortices, Rotor wake, BOS
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HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Effizientes Luftfahrzeug
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Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Hubschrauber, GO
Hinterlegt von: Carter, Beatrice
Hinterlegt am:21 Mär 2023 14:26
Letzte Änderung:12 Mai 2023 13:06

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