Characteristics of fluid structure interactions due to leading edge vortex systems impact

前缘涡系统影响导致的流体结构相互作用的特征

基本信息

项目摘要

Slender wings with moderately up to highly swept leading edges create a system of leading edge vortices to achieve high maneuverability in the sub- and transonic regime. For high angles of attack, the leading edge vortices experience a structural change in the form of vortex bursting, which is associated with a highly turbulent flow field downstream of the bursting location with concentrations of the turbulent kinetic energy in certain frequency ranges. This type of flow can, on the one hand, excite the wing that generates it and, on the other hand, components located downstream, such as horizontal and/or vertical tails, to strong structural vibrations. This dynamic aeroelastic problem is known as buffeting, the excitation forces of which result in the present case from the unsteady aerodynamic forces that prevail in the case of separated flow and vortex bursting. Relative to the large experimental and numerical data base for leading edge vortex flow on surfaces that are more or less treated as rigid, only very few studies are available for the coupled probelm of unsteady flow and structural vibrations. The present project is therefore intended to detail the interaction of flow physics and structural dynamics through complementary experimental and numerical analyzes on a modular model configuration. The configuration consists of a double delta wing to generate an interfering leading edge vortex system as well as a horizontal tail and a twin vertical tail. The model structure for wing and tail components is provided to include both rigid and structurally elastic parts. This approach enables to quantify the respective contribution in the flow structure interaction through a systematic permutation of components to clearly highlight dominant effects in the aerodynamic excitation characteristics on structurally elastic surfaces. The results will create a previously unavailable database and contribute to a more precise approach to aircraft design as well as to refined numerical prediction capabilities.
细长机翼具有中等至大后掠前缘,形成前缘涡流系统,以实现亚音速和跨音速区域的高机动性。对于大迎角,前缘涡经历涡破裂形式的结构变化,这与破裂位置下游的高度湍流流场有关,在某些频率范围内湍流动能集中。这种类型的流动一方面可以激励产生这种流动的机翼,另一方面可以激励位于下游的部件,例如水平和/或垂直尾翼,以产生强烈的结构振动。这种动态气动弹性问题被称为抖振,在本例中,抖振的激振力是由分离流和涡破裂情况下的非定常气动力产生的。相对于在或多或少被视为刚性的表面上的前缘涡流的大量实验和数值数据库,对于非定常流和结构振动的耦合问题的研究却很少。因此,本项目的目的是详细的流动物理和结构动力学的相互作用,通过互补的实验和数值分析的模块化模型配置。该布局包括一个双三角翼,以产生一个干扰的前缘涡系,以及一个水平尾翼和一个双垂尾。机翼和尾翼部件的模型结构包括刚性和结构弹性部件。这种方法能够通过系统的部件排列来量化流结构相互作用中的各自贡献,以清楚地突出结构弹性表面上的气动激励特性中的主导效应。这些结果将建立一个以前没有的数据库,并有助于更精确的飞机设计方法以及精确的数值预测能力。

项目成果

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知道了