Predicting the near-field evolution of airplane trailing vortices - 01/01/05

Doi : 10.1016/j.crhy.2005.05.005

Michael Czech ^a, Gregory Miller ^a, Jeffrey Crouch ^a,^⁎ , Michail Strelets ^b
^a Boeing Commercial Airplanes, Seattle, USA
^b Federal Scientific Center Applied Chemistry', St Petersburg, Russia

Corresponding author.

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Abstract

The near-field (up to about 20 spans) development of trailing vortices is investigated experimentally and numerically. Computational Fluid Dynamics (CFD) results are based on the solution of quasi-3D Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with a one-equation turbulence model. The inclusion of turbulence effects is found to be essential to capturing the correct near-field development. The CFD results are shown to be in very good agreement with experimental wake-survey results out to ten spans. Results show that wing loadings typical of commercial airplanes in a landing configuration can lead to multiple, or single vortex pairs, at distances of fifteen to twenty spans downstream. To cite this article: M. Czech et al., C. R. Physique 6 (2005).

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Résumé

Le développement dʼun sillage tourbillonnaire dans le champ proche dʼun avion (jusquʼà 20 envergures) est étudié expérimentalement et numériquement. Lʼapproche numérique est basée sur la résolution des équations de Navier-Stokes moyennées au sens de Reynolds, auxquelles on adjoint un modèle de turbulence à une équation de transport. On montre ainsi que les effets de turbulence jouent un rôle primordial sur la dynamique du sillage dans le champ proche. Les résultats numériques sont en très bon accord avec les résultats expérimentaux, jusquʼà environ 10 envergures. Les résultats montrent que les lois de charge typiques dʼun avion commercial en configuration dʼatterrissage peuvent aboutir, à des distances de quinze à vingt envergures, à des configurations tourbillonnaires très diverses, comportant un seul ou plusieurs dipôles. Pour citer cet article : M. Czech et al., C. R. Physique 6 (2005).