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Volumetric wake investigation of a free‑flying quadcopter using Shake‑The‑Box Lagrangian particle tracking

Wolf, Christian und Schanz, Daniel und Schwarz, Clemens und Heintz, Alexander und Bosbach, Johannes und Strübing, Tobias und Schröder, Andreas (2024) Volumetric wake investigation of a free‑flying quadcopter using Shake‑The‑Box Lagrangian particle tracking. Experiments in Fluids, 65 (152), Seiten 1-17. Springer Nature. doi: 10.1007/s00348-024-03880-3. ISSN 0723-4864.

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

Offizielle URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s00348-024-03880-3

Kurzfassung

The Shake-The-Box technique was applied to experimentally quantify the time-resolved volumetric flow field around a free-flying quadcopter UAV with an overall span of about 0.5 m. State-of-the-art LED illumination and high-speed camera equipment was combined with modern Lagrangian tracer particle tracking and data assimilation techniques, facilitating a measurement volume larger than. The setup allowed for both hover and limited maneuvering of the quadcopter, while resolving even small details of the complex interactional aerodynamics. In hover out of ground effect, the four individual rotor wakes merged into a single jet within a few rotor radii below the rotor planes. Evaluating the mass and momentum fluxes over suitable control volumes yields accurate estimates for the quadcopter’s total thrust, the asymmetric thrust distribution between front and back rotors, and the entrainment of external flow through turbulent mixing. Hover in ground effect decreases the power requirement and induces recirculating flow in the center of the four rotors. The outwash pattern is non-uniform with jets developing between the rotors and pointing in radially outward directions. Forward flight cases result in a skewed, rapidly merging wake flanked by the roll-up of two “supervortices” similar to the wingtip vortices of fixed-wing vehicles.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/223206/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Volumetric wake investigation of a free‑flying quadcopter using Shake‑The‑Box Lagrangian particle tracking
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Wolf, ChristianChristian.Wolf (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9052-7548NICHT SPEZIFIZIERT
Schanz, DanielDaniel.Schanz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1400-4224208730569
Schwarz, ClemensClemens.Schwarz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Heintz, Alexanderalexander.heintz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0001-4371-7138208730570
Bosbach, JohannesJohannes.Bosbach (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1531-127X208730571
Strübing, Tobiastobias.struebing (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schröder, AndreasAndreas.Schroeder (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6971-9262208730572
Datum:2 Oktober 2024
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:65
DOI:10.1007/s00348-024-03880-3
Seitenbereich:Seiten 1-17
Verlag:Springer Nature
ISSN:0723-4864
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Volumetric wake investigation, Shake-The-Box
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HGF - Programmthema:Effizientes Luftfahrzeug
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Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Hubschrauber, GO
Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Experimentelle Verfahren, GO
Hinterlegt von: Koch, Bianca
Hinterlegt am:17 Mär 2026 15:07
Letzte Änderung:17 Mär 2026 15:07

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