International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.6
no.2
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pp.84-96
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2005
Helical tip vortex is known as stable vortex structure, however the specific frequency component of far wake perturbation induces the vortex pairing in hover and axial flight. It is expected that the tip vortex pairing phenomena may happen in transition flight and very low advance ratio flight so that inflow may be most nonuniform in the low advance ratio flight. The objectives of this paper are that a tip-vortex instability during the transition from hover into very low advance ratio forward flight is numerically predicted to understand a physics by using a time-marching free-wake method. To achieve the objectives, numerical method is firstly validated in typical axial and forward flights cases. Present scheme with trim routine can predict airloads and inflow distribution of forward flight with good accuracy. Then, the transition flight condition is calculated. The rotor used in this wake calculation is a small-scale AH-1G model. By using a tip-vortex trajectory tracking method, the tip-vortex pairing process are clearly observed in transient flight($\mu$=0.03) and disappears at a slightly higher advance ratio($\mu$=0.05). According to the steady flight simulation at $\mu$=0.03, it is confirmed the tip-vortex pairing process is continued in the rear part of rotor disk and not occurs in the front part. Time averaged inflow in this case is predicted as smooth distribution.
Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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2001.05a
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pp.135-139
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2001
This experimental study investigates the wake flow behind a pair of cylinders displaced normal to a free stream. In this experiment, the principal aim is to investigate the transition mechanism of the large vortex generating process in the wake having unique vortex shedding pattern. associated with the gap difference between the cylinders. The detailed visualization is carried out using the PIV measurement. The transition mechanism of the large generating vortex is clarified by showing the streak lines. the vorticity and the statistical fluctuating velocity distributions.
In this study the unsteady aerodynamic analysis of a hovering helicopter rotor is performed. For the accurate flow field analysis Euler equations and the free wake method are coupled. The Euler equations are solved to find the pressure distribution around the rotor, and free wake method is used to give the boundary condition for the solution of Euler equations. Also, vortex strength and wake motion after the rotor are simulated by the free wake method. The accuracy of the present method is compared with the source sink model. The present method is applied to the hovering Caradonna-Tung rotor and compared with experimental results.
The characteristics of flow around a rotating propeller were investigated using PIV technique. For each of four different blade phases of $0^{\circ},\;18^{\circ},\;36^{\circ}\;and\;54^{\circ}$four hundred instantaneous velocity fields were ensemble averaged to investigate the spatial evolution of the flow around a propeller. The phase-averaged mean velocity fields show that the viscous wake formed by the boundary layers developed on the blade surfaces and the slipstream contraction in the near-wake region. The out-of-plane velocity component and strain rate had large values at the locations of the tip and trailing vortices. The boundary layer developed along the ship hull bottom surface of the ship stern provides a strong turbulent shear layer, affecting the vortex structure in the propeller near-wake. As the flow develops in the downstream direction, the trailing vortices formed behind the propeller hub move upward slightly due to the presence of the hull wake and free surface. The turbulence intensity has large values around the tip and trailing vortices. As the wake moves downstream, the strength of the vorticity diminishes and the turbulence intensity increases due to turbulent diffusion and active mixing between the tip vortices and adjacent wake flow.
Cruz Y. Li;Xisheng Lin;Gang Hu;Lei Zhou;Tim K.T. Tse;Yunfei Fu
Wind and Structures
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v.37
no.3
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pp.191-209
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2023
This work investigates the subcritical free-shear prism wake at Re=22,000 by the Koopman analysis using the Dynamic Mode Decomposition (DMD) algorithm. The Koopman model linearized nonlinearities in the stochastic, homogeneous anisotropic turbulent wake, generating temporally orthogonal eigen tuples that carry meaningful, coherent structures. Phenomenological analysis of dominant modes revealed their physical interpretations: Mode 1 renders the mean-field dynamics, Modes 2 describes the roll-up of the Strouhal vortex, Mode 3 describes the Bloor-Gerrard vortex resulting from the Kelvin-Helmholtz instability inside shear layers, its superposition onto the Strouhal vortex, and the concurrent flow entrainment, Modes 6 and 10 describe the low-frequency shedding of turbulent separation bubbles (TSBs) and turbulence production, respectively, which contribute to the beating phenomenon in the lift time history and the flapping motion of shear layers, Modes 4, 5, 7, 8, and 9 are the relatively trivial harmonic excitations. This work demonstrates the Koopman analysis' ability to provide insights into free-shear flows. Its success in subcritical turbulence also serves as an excellent reference for applications in other nonlinear, stochastic systems.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.24
no.4
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pp.486-493
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2000
Flow mechanism around air flow sensor of electronic control engine, especially Karman vortex type, was investigated experimentally. The two-dimensional flow characteristics in the intermediate wake region behind a triangular vortex-generator respectively apex forward facing, apex backward facing and vertical flat plates following after apex forward facing(i.e vortex-flowmeter) were investigated at Reynolods number of $ReH=1.4\times10^4$; H is the width of a triangular vortex-generator. The vortex shedding frequency for wide Reynolds number from $7\times10^3$ to $2.1\times10^4$ was also surveyed. The velocity component was measured by X-type hot wire anemometer at 8H downstream from the bluff body. The coherent structure of the intermediate wake behind a bluff body was obtained by conditional phase average technique. As a result, it was verified that the vertical flat plates following after apex forward triangular vortex-generator make not only more linear relation between free stream velocity and vortex shedding frequency but also more periodic vortex in the vicinity of the center of wake.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.37
no.4
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pp.329-335
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2009
The unsteady panel and time-marching free wake are applied to the rotor aerodynamics and wake behaviour. Numerical results of panel and free wake are compared and validated with experimental data. Using these methods, unsteady rotor aerodynamics in BVI condition is analyzed and discussed in detail.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.42
no.5
s.143
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pp.427-434
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2005
The free surface influenced the wake behind a rotating propeller and its effects were investigated experimentally in a circulating water channel with the variation of water depth. Instantaneous velocity fields were measured using two-frame PIV technique and ensemble-averaged to study the phase-averaged flow structure in the wake region. For an isolated propeller, the flow behind the propeller is affected only by the propeller rotation speed, the leading on the blades and the proximity of the propeller to the free surface. The phase-averaged mean velocity fields show that the potential wake and the viscous wake developed on the blade surfaces. The interaction between the tip vortices and the slipstream causes the oscillating trajectory of tip vortices. The presence of the free surface greatly affected the wake structure, especially for propeller immersion depth of 0.6D. At small immersion depths, the free surface modified the tip and trailing vortices and the slipstream flow structure downstream of X/D = 0.3 in the propeller wake.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.11
no.2
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pp.145-153
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2010
In this work, the comprehensive structural dynamics codes including DYMORE and CAMRAD II are used to validate the higher harmonic control aeroacoustic rotor test (HART) II data in descending flight condition. A total of 16 finite elements along with 17 aerodynamic panels are used for the CAMRAD II analysis; whereas, in the DYMORE analysis, 10 finite elements with 31 equally-spaced aerodynamic panels are utilized. To improve the prediction capability of the DYMORE analysis, the finite state dynamic inflow model is upgraded with a free vortex wake model comprised of near shed wake and trailed tip vortices. The predicted results on aerodynamic loads and blade motions are correlated with the HART II measurement data for the baseline, minimum noise and minimum vibration cases. It is found that an improvement of solution, especially for blade vortex interaction airloads, is achieved with the free wake method employed in the DYMORE analysis. Overall, fair to good correlation is achieved for the test cases considered in this study.
Kim, Gyeong-Cheon;Yun, Sang-Yeol;Kim, Sang-Gi;Bu, Jeong-Suk
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.7
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pp.915-922
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2001
A new phase-average technique using instantaneous velocity fields obtained by a PIV method has been developed. The technique tracks vorticity centers and estimates the value of circulation for a chosen domain. The locations of vortex-centers and the magnitudes of circulation are matched together then showing a sine wave feature due to the periodic vortex shedding from the circular cylinder. Ensemble averaged and phase averaged velocity fields are successfully measured for the circular cylinder wake where Reynolds number is 3900 based on free stream velocity and cylinder diameter. The convection velocities of the vortices center and the vortex shedding frequency were measured by a single hot-wire probe.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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