공대공미사일의 경우 초음속 하에서 고 기동성을 얻기 위하여 고받음각 능력이 요구되어진다. 옆 미끄러짐이 없는 대칭형 세장형 몸체의 경우라도 비대칭 와류는 생성된다. 이러한 비대칭 와류는 불필요한 측력 및 요잉모멘트를 발생시키고 이는 곧 방향 안전성을 저하시킨다. 본 연구는 전산해석을 통하여 초음속유동하에서 세장형 몸체 주변에 발생되는 비대칭와류 모사를 실시하였으며 비대칭 와류의 모사를 위해 선두부에 Bump를 장착하였다. 전산해석 결과 세장형 몸체 주변에 발생하는 비대칭와류를 모사 할 수 있었다.
Numerical investigation of asymmetric vortices at high angles of attack subsonic flow is performed using three-dimensional Navier-Stokes equations. A small bump has been carefully selected and attached near the nose of an ogive cylinder to simulate symmetric vortices. Selected bump shape does develop asymmetric vortices and is verified using Lamont's experimental results. By changing the angle of attack, Reynolds numbers, and Mach numbers, the characteristics of asymmetric vortices are observed. The angle of attack which contributes significantly to the generation of asymmetric vortices are over 30 degrees. By increasing Mach number and Reynolds number asymmetric vortices, hence the side forces show decreasing trend..
In this study, NASA test model with four cruciform fins is utilized to validate the in-house code. Sur face pressure distribution and aerodynamic coefficients are compared with experimental data. Through extensive validation work, it is verified that the code has capability to predict aerodynamic characteristics of missile configuration. In inviscid analysis through a relatively low computational time, analysis result close to experimental data can be confirmed. However, at high angle of attack more than 20 degree, the accuracy of analysis is gradually decreased due to massive separation. In addition, it has been seen that Reynolds number, turbulence model and numerical method have effects on body vortices and aerodynamic characteristics.
Unlike a slender body, vortices are shed off alternately in the wake of a blunt body. In the case of liquid flows, when the pressure falls below the vapor pressure, cavitation occurs in the vortex core and affects the formation of the vortex street. This phenomenon is of major importance in many practical cases because the alternate shedding of vortices creates imbalanced forces on the body. Hence, it is very important to determine the shedding frequency of cavitating vortices. In this paper, the unsteady cavitating flow around a two-dimensional wedge-shaped submerged body was simulated using the commercial code STAR-CCM+. A numerical investigation of the structure of cavitating vortices was performed for a model with an apex angle of $20^{\circ}C$. The results were validated by comparing them with experimental measurements carried out at a cavitation tunnel of Chungnam National University (CNU-CT). It was found that the shedding frequency of the vortex increased by up to 18%, which was strongly affected by the development of cavitation.
Johannes Strecha;Stanislav Pospisil;Herbert Steinruck
Wind and Structures
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제39권1호
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pp.31-45
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2024
This paper examines the flow characteristics around an inclined prism with a U-shaped cross-section ("U-profile") and investigates the connection between the flow and flow-induced vibrations. The study employs a combined approach that involves wind tunnel experiments and computational fluid dynamics (CFD) using an unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) turbulence model. Distinct vortex formation patterns are observed in the flow field surrounding the stationary inclined profile. When the cavity of the profile faces away from the incoming flow, large vortices develop behind the profile. Conversely, when the cavity is oriented towards the oncoming flow, these vortices form within the cavity. Notably, due to the slow movement of these large vortices through the cavity, the frequency at which vortices are shed in the negative inclination case is lower compared to the positive inclination, where they form in the wake. Wind tunnel experiments reveal an intermittent transition between the two vortex formation patterns at zero inclination. Large vortices sporadically emerge both in the cavity and behind the profile. The simulation results demonstrate that when these large vortices occur at a frequency close to the structure's natural frequency, they induce prominent pitch vibrations. This phenomenon is also sought after and presented in coupled vibration experiments. Additionally, the simulations indicate that when the natural frequency of the structure is considerably lower than the vortex shedding frequency, this type of vibration can be observed.
The vortex flow behind a bluff body has been a subject of interest for a very long time because of its engineering applicability such as to vortex induced vibration. In the near wake of a bluff body, vortices are periodically shed in two shear layers, which originate in the trailing edges. The far wake is made up of the classical Karman vortices, which are connected together by streamwise and spanwise vortices. These vortex formations have been studied in many experimental and numerical ways. However, most of the studies considered non-cavitating flow. In this study, we investigated cavitating flow in the wake of a two-dimensional wedge. Experiments were conducted in a cavitation tunnel of Chungnam National University. Using a particle image velocimetry (PIV), we measured the velocity fields under two different flow conditions: non-cavitating and cavitating regimes. We also investigated the vortex shedding frequencies using an absolute pressure transducer mounted on the top of the test window. Throughout the experiments, it was found that the shedding frequency of the vortex was strongly affected by cavitation, and the Strouhal number could exceed its value in the non-cavitating regime.
스텔스 무인전투기 형상 주위 유동장의 수동에서의 흐름가시화 시험을 통한 기본 공력 특성 파악 연구가 수행되었다. 시험은 자유류 속도 12.7 cm/sec와 평균시위 기준 레이놀즈수 $1.4{\times}10^4$에서 수행되었다. 물감을 사용하여 가시화된 와류의 생성 및 붕괴 현상은 앞서 수행된 힘과 모멘트 측정 결과와 비교되었다. 시험 결과 낮은 받음각에서는 동체와 날개 junction 와류가 큰 영향을 주지만, 높은 받음각 영역에서는 전방동체 와류 거동이 공력에 지배적인 영향을 줌을 확인하였다.
Using steady state aerodynamic theories, it has been claimed that insects and birds cannot fly. To make matters worse, insects and birds fly at low Reynolds numbers. Therefore, a recurring theme in the literature is the importance of understanding unsteady aerodynamic effect and how the vortices behave when they separate from the moving surface that created them. In flapping flight, birds and insects can modify wing beat amplitude, stroke angle, wing planform area, angle of attack, and to a lesser extent flapping frequency to optimize the generation of lift force. Some birds are thought to employ two different gaits(a vortex ring gait and a continuous vortex gait) and unsteady aerodynamic effect(Clap and fling, Delayed stall, Wake capture and Rotational Circulation) in flapping flight. Leading edge vortices may produce an increase in lift. The trailing edge vortex could be an important component in gliding flight. Tip vortices in hovering support the body weight of the hummingbirds. Thus, this study investigated how insects and birds generate lift at low Reynolds numbers. This research is written to further that as yet incomplete understanding.
In nature, the swallowtail butterfly is known to be a versatile flyer using gliding and flapping efficiently. Furthermore, it has long tails on the hind-wing that may be associated with the enhancement of the gliding performance. In the present study, we investigate the aerodynamic property of swallowtail butterfly wing in gliding. We use an immersed boundary method and conduct a numerical simulation at the Reynolds numbers of 1,000 - 3,000 based on the free-stream velocity and the averaged chord length for seven different attack angles. As a result, we clearly identify the existence of the wing-tip and leading-edge vortices, and a pair of the streamwise vortices generated along the hind-wing tails. Interestingly, at the attack angle of $10^{\circ},$ hairpin vortices are generated above the center of the body and travel downstream.
Vortices terminating at free surface have been investigated extensively. Most of investigations, however, are focused on surface parallel vortices and little has been known about surface normal vortex or columnar vortex. Visualized experimental results utilizing LIF technique are discussed for the purpose of characterization of columnar vortex interacting with a clean and a contaminated free surfaces and a solid body interface in the present investigation. The results reveal that surface tension changes due to surface contamination although bulk viscosity remains constant and eventually the behavior of a columnar vortex interacting with a contaminated free surface and a solid body interface are totally different from the clean free surface case.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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