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Abstract(s)
Turbulent jets impinging on flat surfaces through a low-velocity crossflow are typical of the flow beneath a short/vertical take-off aircraft which is lifting off or landing with zero or small forward momentum1. Ground effect may occur and change the lift forces on the aircraft,
cause reingestion of exhaust gases into the engine intake and raise fuselage skin
temperatures. In this latter application the impingement of each downward-directed jet on
the ground results in the formation of a wall jet which flows radially from the impinging point along the ground surface. The interaction of this wall jet with the free stream results in the formation of a “ground vortex” far upstream of the impinging jet, which has profound
implications on the aircraft design. In addition the collision of the wall jets originates a fountain upwash flow, affecting the forces and moments induced in the aircraft when operating in ground effect. Improved knowledge of impinging flows is therefore necessary to avoid these effects and to be able to model a range of jet-impingement type of applications
with practical interest. Recently there have been some reports of studies focused on one or multiple jets configurations to understand the phenomena associated with this type of complex flows, revealing this studies great importance to the Harrier/ AV-8B aircraft.
This work is dedicated to a detailed analysis of the complex flow field beneath 2 impinging jets aligned with a low-velocity crossflow relevant for the future F-35 VSTOL configuration, and provides a quantitative picture of the main features of interest for impingement type of flows.
Jactos turbulentos que incidem em superfícies planas através de um escoamento cruzado de baixa velocidade são típicos do escoamento abaixo de uma pequena / vertical da aeronave de descolagem quando está a descolar ou a aterrar com nenhum ou um pequeno impulso para a frente. O efeito de solo pode ocorrer e alterar as forças de sustentação da aeronave, causando a reingestão dos gases de escape para a admissão do motor e o aumento da temperatura da fuselagem. Nesta última aplicação o impacto de cada jacto descendente dirigido para o solo resulta na formação de um jacto de parede que flui radialmente a partir do ponto de colisão, propagando-se ao longo da superfície do solo. A interacção do presente jacto de parede com o escoamento livre resulta na formação de um “ground vortex” mais a montante do jacto de impacto, que tem implicações profundas na concepção da aeronave. Além disso, a colisão dos jactos de parede origina uma fonte de escoamento ascendente, que afecta as forças e momentos induzidos na aeronave quando esta está a operando em efeito de solo. A melhoria do conhecimento dos escoamentos de impacto é necessária de modo a evitar os efeitos citados acima e para ser capaz de modelar uma série de aplicações de jactos de impacto com interesse prático. Recentemente, tem surgido alguns relatos de estudos focados em configurações de um ou vários jactos de forma a compreender-se os fenómenos associados a este tipo de escoamentos complexos, revelando grande importância para o estudo da aeronave Harrier / AV-8B. Este trabalho dedica-se a uma análise detalhada do campo de escoamento complexo sob 2 jactos incidentes alinhados com um escoamento cruzado de baixa velocidade relevante para a futura configuração do F-35 VSTOL, fornecendo um quadro quantitativo das principais características de interesse para o tipo de escoamentos de impacto. Os resultados obtidos mostram que existe uma grande penetração do primeiro jacto a montante, que é deflectido pelo crossflow, e que ao colidir com a placa de impacto, dá origem a um “ground vortex” devido à colisão da parede radial com o crossflow, envolvendo o ponto de impacto como um “cachecol”. A deflexão do primeiro jacto e a localização do “ground vortex” depende da razão de velocidade utilizada. No que diz respeito segundo jacto incidente (“rear jet”) os resultados mostram que este colide com o jacto de parede resultante do primeiro jacto incidente.
Jactos turbulentos que incidem em superfícies planas através de um escoamento cruzado de baixa velocidade são típicos do escoamento abaixo de uma pequena / vertical da aeronave de descolagem quando está a descolar ou a aterrar com nenhum ou um pequeno impulso para a frente. O efeito de solo pode ocorrer e alterar as forças de sustentação da aeronave, causando a reingestão dos gases de escape para a admissão do motor e o aumento da temperatura da fuselagem. Nesta última aplicação o impacto de cada jacto descendente dirigido para o solo resulta na formação de um jacto de parede que flui radialmente a partir do ponto de colisão, propagando-se ao longo da superfície do solo. A interacção do presente jacto de parede com o escoamento livre resulta na formação de um “ground vortex” mais a montante do jacto de impacto, que tem implicações profundas na concepção da aeronave. Além disso, a colisão dos jactos de parede origina uma fonte de escoamento ascendente, que afecta as forças e momentos induzidos na aeronave quando esta está a operando em efeito de solo. A melhoria do conhecimento dos escoamentos de impacto é necessária de modo a evitar os efeitos citados acima e para ser capaz de modelar uma série de aplicações de jactos de impacto com interesse prático. Recentemente, tem surgido alguns relatos de estudos focados em configurações de um ou vários jactos de forma a compreender-se os fenómenos associados a este tipo de escoamentos complexos, revelando grande importância para o estudo da aeronave Harrier / AV-8B. Este trabalho dedica-se a uma análise detalhada do campo de escoamento complexo sob 2 jactos incidentes alinhados com um escoamento cruzado de baixa velocidade relevante para a futura configuração do F-35 VSTOL, fornecendo um quadro quantitativo das principais características de interesse para o tipo de escoamentos de impacto. Os resultados obtidos mostram que existe uma grande penetração do primeiro jacto a montante, que é deflectido pelo crossflow, e que ao colidir com a placa de impacto, dá origem a um “ground vortex” devido à colisão da parede radial com o crossflow, envolvendo o ponto de impacto como um “cachecol”. A deflexão do primeiro jacto e a localização do “ground vortex” depende da razão de velocidade utilizada. No que diz respeito segundo jacto incidente (“rear jet”) os resultados mostram que este colide com o jacto de parede resultante do primeiro jacto incidente.
Description
Keywords
Aeronáutica - Descolagem rápida Aeronáutica - Aterragem vertical Jactos de impacto Aeronáves - VSTOL Aeronáutica - Medições LDA