Generation and PIV characterization of a vortex for parallel BVI wind tunnel investigation

The interactions between the rotor blades of an helicopter and their tip trailed vortices are known to be a source of vibrations, noise and to originate other peculiar aerodynamic phenomena. The investigation of those interactions have proven to be difficult to perform both numerically and experimentally, due to their high complexity. One of the main difficulties in the investigation of isolated parallel interactions is the generation of a proper vortex to simulate the tip trailed one. In this thesis work the design, fabrication and testing of a vortex generation system was carried out and the resulting vortices were characterised through Particle Image Velocimetry. The PIV characterization of the impulsively generated vortex to be used for the following tests represented a new result, not found in previous literature works and allowing better understanding of the vortex itself and possibly of the following interactions. This work was aimed at the definition of a new experimental rig to allow parallel BVI investigation in the path of already performed perpendicular interactions with oscillating airfoil. The experimental tests revealed good agreement with previous literature results in similar conditions but also the possibility to detect and consider useful for BVI studies vortices generated at wind tunnel velocities higher than literature thresholds. During the experimental activity some knowledge about the vortex generator behaviour was gained, allowing to formulate some advices for the following steps of the experimental program. During the postprocessing work a recently proposed method for vortex core tracking and characterization was used, showing good results.

Le interazioni tra le pale del rotore di un elicottero e i loro vortici di estremità sono una fonte di rumore e vibrazioni e danno origine ad altri fenomeni aerodinamici caratteristici. L'indagine di queste interazioni si è dimostrata difficile da svolgere sia numericamente che sperimentalmente a causa della sua elevata complessità. Una delle maggiori difficoltà nell'analisi di interazioni isolate e parallele è la generazione di un vortice adeguato per simulare quello staccato dall'estremità della pala. In questo lavoro di tesi è stato progettato, realizzato e provato un generatore di vortici e i vortici ottenuti sono stati caratterizzati tramite velocimetria a immagini di particelle. La caratterizzazione PIV del vortice da utilizzarsi per le prove successive e generato impulsivamente rappresenta un nuovo risultato, non reperito in precedenti lavori in letteratura e permette una migliore comprensione del vortice in sé e, probabilmente, delle interazioni successive. Questo lavoro è servito a definire un nuovo allestimento sperimentale per consentire l'indagine di BVI parallele, nel solco dei precedenti studi su interazioni perpendicolari con profilo oscillante. Le prove sperimentali hanno evidenziato un buon accordo con i precedenti risultati rinvenuti in letteratura per condizioni simili, ma anche la possibilità di identificare e considerare utilizzabili per studi sulle BVI vortici generati a velocità di galleria più alte dei limiti definiti in letteratura. Durante l'attività sperimentale è stata acquisita una conoscenza del comportamento del sistema per la generazione del vortice che ha consentito di indirizzare i passi successivi del programma sperimentale. Nella postelaborazione è stato utilizzato con buoni risultati un metodo di identificazione e caratterizzazione del nucleo del vortice di recente proposta.