Vortex characterization and parallel BVI wind tunnel study on aerofoil model

An important class of current aerodynamic problem is the interactions between the helicopter rotor blades and their tailing vortex wakes. Strong interactions between a rotor blade segment and the concentrated tip vortices in the wake is a potential source of noise and vibration at low and moderate high air speeds. The problem is an unsteady, three-dimensional encounter of a vortex interaction with a high aspect ratio blade surface resulting from the combination of rotational and transnational motion of the helicopter inducing load fluctuations on the rotating blade. This thesis works consists of the parallel blade vortex interactions of concentrated vortices with a stationary aerofoil which have been analysed to verify flow separation and stall induction at high angle of attacks in a two-dimensional flow using particle image velocimetry. Initial parts of the work involved the generation of a smooth, laminar vortex by an impulsive pitching motion of a symmetric airfoil vortex generator and to characterize this generated vortex for location, dimension and circulation. Later a static aerofoil and this generated parallel vortex interaction was studied for different angles of attack. An extended dynamic study of this generated vortex interaction with an oscillating aerofoil to simulate the pitching motion of a helicopter rotor blade was initiated. Pressure study for both the static and dynamic study was planned and a pressure sensing model was prepared for future study on blade-vortex interactions. The experimental study demonstrated a close relation with the literature results previously performed in similar studies. It was observed that the presence of vortices in the flow field produced flow separation on the aerofoil at angle of attack close to the stall condition and the intensity of flow separation was increased as the vortex approached close to the blade leading edge.

Una classe importante degli attuali problemi aerodinamici è rappresentata dalle interazioni tra le pale del rotore di un elicottero e le scie vorticose che rilasciano. La forte interazione tra un segmento della pala e il vortice di estremità concentrato nella scia è una potenziale fonte di rumore e vibrazioni, a basse e moderate velocità di volo. Il problema è l’interazione instazionaria e tridimensionale tra un vortice e la superficie di una pala ad elevato allungamento, risultante dalla combinazione del moto rotatorio e traslatorio di un elicottero, che induce carichi fluttuanti sulla pala rotante. Questo lavoro di tesi consiste nelle interazioni vortice-pala parallele di vortici concentrati con un profilo aerodinamico stazionario che sono stati studiate per verificare la separazione del flusso e l’induzione dello stallo ad alti angoli di incidenza in una corrente bidimensionale, utilizzando la velocimetria ad immagine di particelle Le interazioni vortice-pala di un vortice concentrato con un profilo stazionario sono state studiate per verificare l’induzione dello stallo ad alti angoli di incidenza in una corrente bidimensionale, utilizzando la velocimetria ad immagini di particelle. Le fasi preliminari del lavoro sono state costituite dalla generazione di un vortice laminare, tramite il moto di beccheggio impulsivo di un generatore di vortici a profilo simmetrico, e la caratterizzazione del vortice così generato in termini di posizione, dimensioni e circolazione. In seguito, l’interazione parallela tra questo vortice e un profilo stazionario è stata studiata a diversi angoli di incidenza. È stato avviato anche un esteso studio dell’interazione dinamica con il profilo oscillante, simulando il movimento di beccheggio di una pala di elicottero. Sono state pianificate misure di pressione sia per le prove statiche che per quelle dinamiche ed è stato strumentato un modello con sensori di pressione per futuri studi sulle interazioni vortice-pala. L’indagine sperimentale ha mostrato un riscontro con i risultati di precedenti studi in letteratura. È stato osservato che la presenza di vortici nel campo di moto produce separazione della corrente sul profilo ad angoli d’incidenza prossimi alla condizione di stallo e che l’intensità della separazione aumenta all’avvicinarsi del vortice al bordo d’attacco del profilo.