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Three-Dimensional Flow Field Investigations of Flapping Wing Aerodynamics

Ehlers, Hauke und Konrath, Robert und Wokoeck, Ralf und Radespiel, Rolf (2016) Three-Dimensional Flow Field Investigations of Flapping Wing Aerodynamics. AIAA Journal, 54 (11), Seiten 3434-3449. American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA). doi: 10.2514/1.J054488. ISSN 0001-1452.

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Offizielle URL: http://arc.aiaa.org/doi/10.2514/1.J054488

Kurzfassung

Three-dimensional unsteady flow fields of a flapping, low-aspect-ratio wing have been investigated by means of highly resolved tomographic particle image velocimetry (Tomo-PIV) measurements and computational fluid dynamics (CFD). Furthermore, force measurements have been carried out. Tomo-PIV was applied to the flow above a flat plate wing during the downstroke. High spatial resolution and large volume thickness could be achieved by using sensitive sCMOS cameras and a traversing setup. The CFD calculations covered the complete period of motion. The analysis of the vortex-dominated flow fields provides a deeper understanding of vortex interaction and three-dimensionality of low Reynolds number (Re = 18;000 and Re = 36;000) flows. Two different Strouhal numbers (St = 0.06 and St = 0.13) are considered and their effects on the development of a leading edge and tip vortex are discussed. The PIV results show instantaneous flow fields after a leading edge separation that are dominated by small-scale turbulent vortex structures. The presented CFD approach is able to predict these vortices by using highly resolved meshes. Coarser grids compare well with the phase-averaged experimental flow fields, which feature multiple large-scale leading edge vortices developing during the downstroke. Turbulent effects decrease for the lower Reynolds number. Force and moment hystereses as well as large-scale leading edge vortice circulation, calculated from the PIV results, increase with increasing Strouhal number. Vortex breakdown of the wing tip vortex can be observed during the downstroke in the experimental data.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/96235/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:November 2016, Published online: 26 July 2016
Titel:Three-Dimensional Flow Field Investigations of Flapping Wing Aerodynamics
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ehlers, HaukeHauke.Ehlers (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Konrath, Robertrobert.konrath (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wokoeck, RalfTechnische Universität Braunschweig, Institut für StrömungsmechanikNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Radespiel, RolfTU BraunschweigNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2016
Erschienen in:AIAA Journal
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:54
DOI:10.2514/1.J054488
Seitenbereich:Seiten 3434-3449
Verlag:American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA)
ISSN:0001-1452
Status:veröffentlicht
Stichwörter:unsteady aerodynamics, low Reynolds number, Tomographic PIV, micro air vehicle
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Flugzeuge
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L AR - Aircraft Research
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Simulation und Validierung (alt)
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Experimentelle Verfahren
Hinterlegt von: Micknaus, Ilka
Hinterlegt am:26 Okt 2016 12:56
Letzte Änderung:27 Nov 2023 12:50

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