Published June 28, 2021
| Version v1
Publication
Open
A Numerical Study of a Rotor Induced Flow Based on a Finite-State Dynamic Wake Model.
- 1. Universidade Estadual Paulista (Unesp)
- 2. Hospital Universitário da Universidade de São Paulo
Description
A Helicopter rotor undergoes unsteady aerodynamic loads ruled by the aeroelastic coupling between the elastic blades and the dynamic wake induced by rotary wings. Modeling the dynamic interaction between the structural and aerodynamic fields is a key point to understand aeroelastic phenomena associated with rotor stability, flow induced vibration and noise generation, among others. In this study, we address the Generalized Dynamic Wake Model, which describes the inflow velocity field at the rotor disk as a superposition of a finite number of induced flow states. It is a mature model that has been validated based on experimental data and numerically investigated from an eigenvalue problem formulation, whose eigenvalues and eigenvectors provide a deeper insight on the dynamic wake behavior. The paper extends the results presented in the literature to date in order to support physical interpretation of inflow states drawn from the finite-state wake model for flight conditions varying from hover to edgewise flight. The discussion of the wake model mathematical formulation is also oriented towards practical engineering applications to fill a gap in the literature.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يخضع دوار المروحية لأحمال ديناميكية هوائية غير مستقرة يحكمها الاقتران المرن بين الشفرات المرنة والتنبيه الديناميكي الناجم عن الأجنحة الدوارة. تعد نمذجة التفاعل الديناميكي بين المجالات الهيكلية والديناميكية الهوائية نقطة رئيسية لفهم ظواهر المرونة الهوائية المرتبطة باستقرار الدوار والاهتزاز المستحث بالتدفق وتوليد الضوضاء، من بين أمور أخرى. في هذه الدراسة، نتناول نموذج الاستيقاظ الديناميكي المعمم، الذي يصف مجال سرعة التدفق الداخلي على قرص الدوار كتراكب لعدد محدود من حالات التدفق المستحث. إنه نموذج ناضج تم التحقق من صحته بناءً على البيانات التجريبية والتحقيق فيه رقميًا من صياغة مشكلة القيمة الذاتية، والتي توفر قيمها الذاتية ومتجهاتها الذاتية نظرة أعمق على سلوك الاستيقاظ الديناميكي. توسع الورقة النتائج المقدمة في الأدبيات حتى الآن من أجل دعم التفسير المادي لحالات التدفق الداخلي المستمدة من نموذج الاستيقاظ للحالة المحدودة لظروف الطيران المتفاوتة من التحويم إلى التحليق باتجاه الحافة. كما يتم توجيه مناقشة الصياغة الرياضية لنموذج WAKE نحو التطبيقات الهندسية العملية لسد فجوة في الأدبيات.Translated Description (French)
Un rotor d'hélicoptère subit des charges aérodynamiques instables régies par le couplage aéroélastique entre les pales élastiques et le sillage dynamique induit par les ailes rotatives. La modélisation de l'interaction dynamique entre les champs structurel et aérodynamique est un point clé pour comprendre les phénomènes aéroélastiques associés à la stabilité du rotor, aux vibrations induites par l'écoulement et à la génération de bruit, entre autres. Dans cette étude, nous abordons le modèle de sillage dynamique généralisé, qui décrit le champ de vitesse d'entrée au niveau du disque de rotor comme une superposition d'un nombre fini d'états d'écoulement induits. Il s'agit d'un modèle mature qui a été validé sur la base de données expérimentales et étudié numériquement à partir d'une formulation de problème à valeur propre, dont les valeurs propres et les vecteurs propres fournissent un aperçu plus approfondi du comportement dynamique du sillage. L'article étend les résultats présentés dans la littérature à ce jour afin de soutenir l'interprétation physique des états d'entrée tirés du modèle de sillage à états finis pour les conditions de vol variant du vol stationnaire au vol sur chant. La discussion de la formulation mathématique du modèle de sillage est également orientée vers des applications pratiques d'ingénierie pour combler une lacune dans la littérature.Translated Description (Spanish)
El rotor de un helicóptero sufre cargas aerodinámicas inestables gobernadas por el acoplamiento aeroelástico entre las palas elásticas y la estela dinámica inducida por las alas giratorias. Modelar la interacción dinámica entre los campos estructural y aerodinámico es un punto clave para comprender los fenómenos aeroelásticos asociados con la estabilidad del rotor, la vibración inducida por el flujo y la generación de ruido, entre otros. En este estudio, abordamos el Modelo de Estela Dinámica Generalizada, que describe el campo de velocidad de flujo de entrada en el disco del rotor como una superposición de un número finito de estados de flujo inducido. Es un modelo maduro que ha sido validado en base a datos experimentales e investigado numéricamente a partir de una formulación de problemas de autovalores, cuyos autovalores y autovectores proporcionan una visión más profunda del comportamiento dinámico de la estela. El documento amplía los resultados presentados en la literatura hasta la fecha para respaldar la interpretación física de los estados de entrada extraídos del modelo de estela de estado finito para condiciones de vuelo que varían desde el vuelo estacionario hasta el vuelo de borde. La discusión de la formulación matemática del modelo Wake también está orientada a aplicaciones prácticas de ingeniería para llenar un vacío en la literatura.Files
1058.pdf
Files
(3.7 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:f471a0e899593e42ed35ca16f58c29b9
|
3.7 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- دراسة عددية للتدفق المستحث بالدوار بناءً على نموذج الاستيقاظ الديناميكي للحالة المحدودة.
- Translated title (French)
- A Numerical Study of a Rotor Induced Flow Based on a Finite-State Dynamic Wake Model.
- Translated title (Spanish)
- Un estudio numérico de un flujo inducido por el rotor basado en un modelo de estela dinámica de estado finito.
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3162669395
- DOI
- 10.5540/tcam.2021.022.02.00307
References
- https://openalex.org/W1660930837
- https://openalex.org/W2315467770