A flow visualization has been conducted to investigate unsteady flight characteristics of a model of dragonfly. The mechanism of lift generation by flapping wings is analyzed using smoke-wire and high speed camera. The experimental results of flow visualization show a discernible sequential dynamics that three mechanisms and high incidence angle of the wings are responsible for the lift generation. The leading edge vortex by the rapid acceleration of leading edge of the wing during initial stage of stroke causes a strong lift enhancement. Delayed stall during the stroke, fast supination and pronation of the wing near the end of each stroke are also responsible for the lift generation.
The present study is aimed to achieve dynamic visualization from the in-house 3-D stereoscopic PIV to represent quantitative flow information such as time-resolved 3-D velocity distribution, vorticity, turbulent intensity or Reynolds stresses and so on. One of the application of the present study is Leading edge extension(LEX) flow appearing on modern delta wing aircraft. The other is mixing flow in stirring tank used in industry field. LEX in a highly swept shape applied to a delta wing features the modern air-fighters. The LEX vortices generated upon the upper surface of the wing at high angle of attack enhance the lift force of the delta wing by way of increased negative suction pressure over the surfaces. The present method resolves also the complicated flow patterns of two type impellers rotating in stirring vessel. Flow quantities such as three velocity vector components, vorticity and other flow information can be easily visualized via the 3D time-resolved post-processing visualization. And it makes the easy understanding of the unsteady flow characteristics of the typical industrial mixers.
The development and interaction of vortices over a delta wing with leading edge extension (LEX) was investigated through off-surface flow visualization using micro water droplets and a laser beam sheet. Angles of attack of $20^{\circ}$ and 24$^{\circ}$ were tested at sideslip angles of $0^{\circ}$, $-5^{\circ}$, and $-10^{\circ}$ The flow Reynolds number based on the main-wing root chord was $1.82{\times}10^{5}$. The wing vortex and the LEX vortex coiled around each other while maintaining comparable strength and identity at a zero sideslip. The increase of angle of attack intensified the coiling and shifted the cores of the wing and LEX vortices inboard and upward. By sideslip, the coiling, the merging and the diffusion of the wing and LEX vortices were increased on the windward side, whereas they were delayed significantly on the leeward side. The present study confirmed that the sideslip angle had a profound effect on the vortex structure and interaction of a delta wing with LEX, which characterized the vortex-induced aerodynamic load.
Kim, Beom-Seok;Lee, Hyun;Kim, Jeong-Hwan;Lee, Young-Ho
Proceedings of the KSME Conference
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2004.04a
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pp.1672-1677
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2004
Leading edge extension(LEX) in a highly swept shape applied to a delta wing features the modem air-fighters. The LEX vortices generated upon the upper surface of the wing at high angle of attack enhance the lift force of the delta wing by way of increased negative suction pressure over the surfaces. The present 3-D stereo PIV includes the Identification of 2-D cross-correlation equation, stereo matching of 2-D velocity vectors of two cameras, accurate calculation of 3-D velocity vectors by homogeneous coordinate system, removal of error vectors by a statistical method followed by a continuity equation criterion and so on. A delta wing model with or without LEX was immersed in a circulating water channel. Two high-resolution, high-speed digital cameras($1280pixel{\times}1024pixel$) were used to allow the time-resolved animation work. The present dynamic stereo PIV represents the complicated vortex behavior, especially, in terms of time-dependent characteristics of the vortices at given measuring sections. Quantities such as three velocity vector components, vorticity and other flow information can be easily visualized via the 3D time-resolved post-processing to make the easy understanding of the LEX effect or vortex emerging and collapse which are important phenomena occurring in the field of delta wing aerodynamics.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.37
no.8
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pp.729-736
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2009
In order to understand flow characteristics and flight mechanism of hummingbird's flapping flight, two-dimensional numerical analysis is carried out on the flapping motion of hummingbird, Selasphorus rufus. Hummingbird's flapping wing motion is realistically modeled from wind tunnel experimental data to perform numerical analysis. Numerical simulation shows that, as freestream velocity changes, wing trajectory is also adjusted and it substantially affects lift and thrust generation mechanism. According to this tendency, flight domain is separated as "low speed" and "high speed" regime, and each flight domain is studied for physical understanding. As a result, the lift generation during downstroke can be explained by the well-known effects, such as leading edge vortex effect, delayed stall, wake capture and so on. In addition, the lift generation during upstroke, the unique character of hummingbird, is also examined by detailed flow analysis. The thrust generation mechanism is investigated by examining the hummingbird's wing bone structure, vortex generation pattern and the resulting pressure gradient.
Kim, Tae-Ho;Kweon, Yong-Hun;Kim, Heuy-Dong;Sohn, Myong-Hwan
Proceedings of the KSME Conference
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2003.04a
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pp.2109-2114
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2003
The vortex flow characteristics of a yawed LEX-delta wing at a high-angle of attack are studied using a computational analysis. The objective of the present study is to investigate and visualize the effects of the yaw angle, the development and interaction of vortices, the relationship between the suction pressure distributions and the vortex flow characteristics. Computations are applied to the three dimensional, compressible, Navier-Stokes Equations. In computations, the yaw angle is varied between 0 and 20 degree at a high-angle of attack. Computational predictions are compared with the previous experimental results.
LEE Young-Ho;SOHN Myoung-Hwan;LEE Hyun;KIM Jeong-Hwan;KIM Beom-Seok
한국가시화정보학회:학술대회논문집
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2001.12a
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pp.53-61
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2001
Highly swept leading edge extensions(LEX) applied to delta wings have greatly improved the subsonic maneuverability of contemporary fighters. Fundamental approach by PIV method was adopted to study the basic flow of the vortex pair formation appearing on a delta wing model with or without LEX. Three angles of attacks$(16^{\circ},\;24^{\circ},\;28^{\circ})$ and four measuring section of chord length(LEX-on) and three section(LEX-off) were selected as experimental conditions. From the PIV analysis, maximum vorticity was found at a given chord length and maximum velocity was also detected at larger chord length where stronger vortex was generated. Furthermore, the effect of LEX was remarkable at the vortex pair distance indicating narrower distance at LEX-on case.
This paper deals with a thrust generation on flapping-airfoil by dynamic stall. Dynamic stall refers to a series of complicated aerodynamic phenomena accompanied by a stall delay in unsteady motion. In most cases, once it occurs, the dynamic stall may lead to an abrupt fluctuation of aerodynamic forces. An inverse $k\acute{a}rm\acute{a}n$ vortex has been considered as a main reason for a thrust generation. In this paper, however, we have found out that a thrust is closely related to reduced frequency and leading edge vortex in addition to inverse Karman vortex. In order to certify our opinion, picking and plunging motions were calculated with the parameter of amplitude and frequency by using the unsteady, incompressible Navier-Stokes flow solver with a two-equation turbulence model. For more efficient computation, it is parallelized by MPI programming method.
Horseshoe vortices are formed at the junction of an object immersed in fluid-flow and endwall plate as a result of three-dimensional boundary layer separation. This study shows preliminary results of the kinematics of such horseshoe vortices around a circular cylinder with a cavity (slot) placed upstream to disturb the primary separation line. Through the cavity, no mass flow addition (blowing) or reduction (suction) is applied. The upstream cavity weakens the adverse pressure gradient before the cavity. With the upstream cavity, a single vortex is found to form immediately upstream of the cylinder whereas a typical two vortex system is observed in the absence of the cavity. Furthermore, the strength of the single vortex tends to be reduced, resulting from the interaction with the separated flow convecting directly towards the leading edge of the cylinder.
Trains emerging on a streamlined bridge-girder may have salient interference effects on the aerodynamic properties of the bridge. The present paper aims at investigating these interferences by wind tunnel measurements, covering surface pressure distributions, near wake profiles, and flow visualizations. Experimental results show that the above interferences can be categorized into two primary effects, i.e., an additional angle of attack (AoA) and an enhancement in flow separation. The additional AoA effect is demonstrated by the upward-moved stagnation point of the oncoming flow, the up-shifted global symmetrical axis of flow around the bridge-girder, and the clockwise-deflected orientation of flow approaching the bridge-girder. Due to this additional AoA effect, the two critical AoAs, where flow around the bridge-girder transits from trailing-edge vortex shedding (TEVS) to impinging leading-edge vortices (ILEV) and from ILEV to leading-edge vortex shedding (LEVS) of the bridge-girder are increased by 4° with respect to the same bridge-girder without trains. On the other hand, the underlying flow physics of the enhancement in flow separation is the large-scale vortices shedding from trains instead of TEVS, ILEV, and LEVS governed the upper half bridge-girder without trains in different ranges of AoA. Because of this enhancement, the mean lift and moment force coefficients, all the three fluctuating force coefficients (drag, lift, and moment), and the aerodynamic span-wise correlation of the bridge-girder are more significant than those without trains.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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