Modeling the flight conditions of an aircraft that utilizes an airbreathing propulsion system necessitates a method to account for the increase in energy introduced into the flow. Current methods for modeling engines either assign fixed conditions on flat faces on the intake and exhaust through a manual process with the use of external models or attempt to model the flow through the engine within the simulation using complex and computationally expensive geometry and solvers. The method presented attempts to provide an intermediate option to model airbreathing engines through coupling the intake and exhaust boundary conditions with a parametric engine model. This enables the intake conditions within the finite volume simulation to assign the exhaust boundary conditions as the solution iterates, allowing for engines to be dynamically simulated in transient cases and for continuity in the simulation to be better maintained. This method of modeling airbreathing engines could also prove useful in nacelle optimization studies and in modeling aircraft with long engine intakes. The NASA Common Research Model and an axisymmetric nacelle geometry are used to demonstrate the functionality of the developed coupled engine model and its implementation in a finite volume solver.

This thesis investigates the turbulent flow in the wake of the wing-body junction of the NASA Common Research Model to further reveal its complex vortical structure and to contribute to the reference database used for Computational Fluid Dynamics validation activities. Compressible flows near two wall-boundary layers occurs not only at the wing-body junction but at every control surface of an airplane, therefore increased knowledge about this complex flow structure could potentially improve the estimates of drag performance and control surface efficiency, primarily for minimizing the environmental impact of commercial flight. The airplane model is modified by adding an inboard flap to investigate the influence from the deflection on the vorticity and velocity field. Future flap designs and settings are discussed from a performance improvement point of view, with the investigated flow influence in mind. The experimental measurements for this thesis were collected using a Cobra Probe, a dynamic multi-hole pressure probe, for Reynolds numbers close to one million based on the wing root chord. A pre-programmed three-dimensional grid was used to cover the most interesting parts of the junction flow. The facility used for the tests is a 120 cm by 80 cm indraft, subsonic wind tunnel at NASA Ames Research Center’s Fluid Mechanics Lab, which provides an on-set flow speed of around Mach 0.15, corresponding to approximately 48 m/s. / Den här avhandlingen undersöker det turbulenta flödet runt övergången mellan flygplanskropp och vinge på en NASA Common Research Model för att vidare utforska den komplexa, tredimensionella strukturen av flödet och bidra till NASA’s officiella databas för jämförelser med simulerade flöden. Kompressibla flöden nära tvåväggsgränsskikt uppkommer inte bara vid övergången mellan flygplanskropp och vinge utan även vid varje kontrollyta på ett flygplan. Ökad kunskap om flödets beteende vid sådana områden kan därför bidra till en bättre uppskattning av prestanda och effektivitet av kontrollytorna och flygplanet i sin helhet, vilket kan bidra till minskad miljöpåverkan från kommersiell flygtrafik. Flygplansmodellen är modifierad genom montering av en vingklaff på den inre delen av vingen, detta för att undersöka hur olika vinklar på klaffarnas nedböjning påverkar flödets struktur och hastighetsfält. Framtida klaffdesigner och inställningar för ökad prestanda diskuteras även utifrån denna påverkan. Mätningarna i vindtunneln gjordes med en Cobra Probe, ett dynamisk tryckmätningsinstrument, speciellt designad för turbulenta och instabila flöden. Reynoldsnumren som generades av den subsoniska, indrags-vindtunneln var ungefär en miljon baserad på vingrotens längd, vilket motsvarar knappt en tiondel av normala flygförhållanden för samma flygplansmodell.