Physics of gust response mitigation in open-loop pitching manoeuvres
Physics of gust response mitigation in open-loop pitching manoeuvres
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开环俯仰操纵中阵风响应缓解的物理原理
DOI：
10.1017/jfm.2022.509
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发表时间：
2022
影响因子：
3.7
通讯作者：
Jones, Anya R.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Sedky, Girguis;Gementzopoulos, Antonios;Andreu-Angulo, Ignacio;Lagor, Francis D.;Jones, Anya R.
本文对横突风中三种减力俯仰机动的流场发展和非定常载荷进行了实验研究。机动构造使用不同水平的理论和模拟保真度和实施开环运动学在水拖曳坦克。研究发现，在突风遭遇过程中，俯仰驱动会导致气流拓扑结构的两个重要变化：（i）前缘涡（LEV）的早期分离;（ii）突风离开时，在机翼压力面形成LEV。每一个俯仰机动被发现，以减轻一个显着的一部分的升力的循环贡献，而只有准确建模的附加质量力的机动被发现，以充分减轻总升力。在所有情况下，采用俯仰机动减小气动升力的代价是机翼所经历的俯仰力矩瞬变增加两倍。通过量化遭遇前后垂直阵风动量的变化，发现升力减缓机动可以减少对阵风流场的扰动，从而减少阵风和机翼之间的动量交换。
This paper experimentally investigates the flow field development and unsteady loading of three force-mitigating pitch manoeuvres during a transverse gust encounter. The manoeuvres are constructed using varying levels of theoretical and simulation fidelity and implemented as open-loop kinematics in a water towing tank. It is found that pitch actuation during a gust encounter results in two important changes in flow topology: (i) early detachment of the leading-edge vortex (LEV) and (ii) formation of an LEV on the pressure side of the wing upon gust exit. Each of the pitch manoeuvres is found to mitigate a significant portion of the circulatory contribution of the lift force while only manoeuvres with accurate modelling of the added-mass force are found to adequately mitigate the total lift force. The penalty of aerodynamic lift mitigation using pitch manoeuvres was a twofold increase in the pitching moment transients experienced by the wing for all cases. By quantifying changes in the vertical gust momentum before and after the encounter, lift-mitigating manoeuvres were found to reduce the disturbance to the gust's flow field, thereby reducing the momentum exchange between the gust and the wing.
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