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Stationary Crossflow Vortices' Secondary Instability: Linear Stability Theory and Parabolized Stability Equations

Ambrosino, Biagio und Tocci, Francesco und Theiß, Alexander und Hein, Stefan und Rodriguez, Daniel (2025) Stationary Crossflow Vortices' Secondary Instability: Linear Stability Theory and Parabolized Stability Equations. AIAA Journal, Seiten 1-17. American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA). doi: 10.2514/1.J064663. ISSN 0001-1452.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://arc.aiaa.org/doi/full/10.2514/1.J064663

Kurzfassung

Three-dimensional laminar boundary layers over swept wings are susceptible to crossflow instabilities, manifesting as stationary and traveling crossflow vortices. The boundary layer distorted by these vortices is prone to the growth of secondary instabilities. Discrepancies between direct numerical simulation (DNS) and stability methodologies on the development of secondary perturbations of stationary crossflow vortices over swept wings have been reported in the literature. To shed light on the origin of these inconsistencies, a comparison of DNS and linear stability theory is provided here. Secondary disturbances of finite-amplitude stationary crossflow vortices are analyzed for two frequencies: f= 900  Hz (Type III secondary instability) and f= 2200  Hz (Type I secondary instability). Results from linear stability theory (LST-2D) and linear parabolized stability equations (PSE-3D) formulated in a suitable nonorthogonal coordinate system correlate well with DNS data in terms of perturbation shape and location relative to the stationary crossflow vortices. Employing a nonorthogonal coordinate system is crucial for PSE-3D to fulfill slow variation along the streamwise direction and spanwise periodicity, whereas LST-2D, assuming parallel flow, can also use periodic boundary conditions in a vortex-aligned orthogonal coordinate system. However, the LST-2D results underestimate the integrated growth rate, whereas the PSE-3D computations closely match the DNS, highlighting the importance of including streamwise gradients and upstream history in the instability computations.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/213166/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:ISSN: 0001-1452, eISSN: 1533-385X
Titel:Stationary Crossflow Vortices' Secondary Instability: Linear Stability Theory and Parabolized Stability Equations
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ambrosino, Biagiobiagio.ambrosino (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tocci, FrancescoFrancesco.Tocci (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6764-5338179984494
Theiß, AlexanderAlexander.Theiss (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hein, StefanStefan.Hein (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rodriguez, Danieldaniel.rodriguez (at) upm.esNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 März 2025
Erschienen in:AIAA Journal
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.2514/1.J064663
Seitenbereich:Seiten 1-17
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Choudhari, Meelanm.m.choudhari (at) nasa.govNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA)
ISSN:0001-1452
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Laminar-turbulent transition; crossflow; boundary layer; Secondary Instabilities
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 - Flugzeugtechnologien und Integration
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Hochgeschwindigkeitskonfigurationen, GO
Hinterlegt von: Ambrosino, Biagio
Hinterlegt am:13 Mär 2025 16:25
Letzte Änderung:13 Mär 2025 16:25

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