Studio sperimentale dell'interazione aerodinamica vortice pala

The present work focuses on the experimental activity carried out at Politecnico di Milano, on the study of the perpendicular blade-vortex interaction. The work describes in particular the interaction on an oscillating blade, which is a typical condition in the flight envelope of an helicopter. The experimental study was performed over an oscillating wing having a NACA 23012 blade section, upstream of which, a half-wing with an identical section has been installed. Through the half-wing, a tip vortex has been generated and directed perpendicularly against the oscillating blade. The main goal of this experimental tests was to provide a complete analysis of the aerodynamics around the blade, after the interaction with the vortex. This is he reason why it has been chosen to make the measurements using a stereoscopic PIV technique, with the purpose of making a complete evaluation of all the three velocity components. This choice was made taking into account that the phenomenon under examination is strongly three-dimensional, and its complete evaluation requires a full measurement of the velocity over the blade. The velocity field was so acquired on several planes equally spaced over the blade span, and then suitably interpolated in order to obtain a proper measurement volume. The blade-vortex interaction analysis was carried out at diff erent instants of the oscillation, showing how the velocity induced by the vortex is strong enough to alterate signifi ncantly the fl ow fi eld over the blade, causing in some cases the developement of a countercurrent region. Such condition has appeared to be diffi cult to predict because the bene ficial e ffects related to the blade oscillation may be su fficient to ensure that the flow remains fully attached even in case of high angles of attack or strong three-dimensional e ffects.

Il presente lavoro descrive l'attività sperimentale svolta al Politecnico di Milano, riguardante lo studio dell'interazione vortice-pala di tipo perpendicolare. Con particolare attenzione è stata studiata l'interazione in presenza di un'oscillazione di beccheggio della pala, essendo questa una condizione tipica nell'inviluppo di volo di un elicottero. Lo studio sperimentale è stato condotto su di un'ala oscillante con pro lo NACA 23012, a monte della quale è stata installata una semiala avente la medesima sezione. La presenza della semiala ha consentito la generazione un vortice di estremità che è stato fatto impattare contro l'ala oscillante, perpendicolarmente rispetto alla direzione dell'apertura alare. L'obiettivo principale della campagna di prove sperimentali è stato quello di fornire un'analisi quanto più completa dell'aerodinamica attorno alla pala, in seguito all'interazione con il vortice. Per questa ragione si è scelto di eff ettuare una misura mediante PIV stereoscopica, con lo scopo di ottenere una valutazione delle tre componenti di velocità del campo di moto. Questa scelta è stata dettata dal fatto che il fenomeno in esame è fortemente tridimensionale, ed una sua esaustiva analisi necessitava quindi di una completa misurazione dei vettori velocità nello spazio. Il campo di moto è stato quindi acquisito su piú fi nestre di misura equispaziate in direzione dell'apertura della pala ed i risultati sono stati quindi opportunamente interpolati al ne di ottenere un vero e proprio volume di misura. L'analisi dell'interazione è stata condotta a di fferenti istanti dell'oscillazione ed ha mostrato come, in alcuni casi, la presenza del vortice provochi una forte alterazione del campo di moto attorno alla pala, portando allo sviluppo di regioni di controcorrente. Tali condizioni non sono risultate di facile previsione poichè gli e ffetti legati all'oscillazione della pala possono essere tali da garantire condizioni di flusso localmente attaccato anche nel caso di angoli di incidenza locali estremamente elevati o di e ffetti tridimensionali particolarmente intensi.