The leading-edge vortical flow structure over a 65ᵒ slender (DW65) and a 50ᵒ non-slender (DW50) delta wing was investigated at Reynolds number of order 105. Particular emphasis was placed in the variation of vortex flow quantities and critical flow parameters with change in angle of attack and chordwise distance. In addition, the progression of vortex breakdown with angle of attack was documented based on pressure and three-dimensional velocity information. A glimpse of wake-vortex evolution was also discussed. Moreover, aerodynamic lift and drag forces were evaluated based on wake survey analyses and compared with direct force balance measurements. Special attention was focused on drag characterization based on lift dependency where Maskell formulation was adopted for the estimation of induced drag. The results showed that the flow over DW65 and DW50 has some qualitative resemblances but quantitatively they are two contrasting flows. Prior to the breakdown, in the case of DW65, the vortical flow is near-axisymmetric but in the case of DW50, the vortex and axial core never matches and even the definition of distinctive vortex center is often ambiguous except at higher angles of attack, moreover the axial core was always accompanied by large momentum deficit. The variation of vortex flow quantities in streamwise direction showed self-similar behavior when plotted against radial distance scaled by local semi-span while interestingly for DW50 self-similar behavior was showed only by the variation of total pressure loss about the pressure core. It was established that the flow over DW50 was marred by an active interaction of vortical and boundary layer flow due to the close proximity of vortex to the wing surface. For the first time the progression of vortex breakdown over the wing surface was reported on the basis of three-dimensional flow information which elucidated the respective indicators of breakdown for slender and non-slender delta wings. Lastly, wake survey analyses were carried and comparison of different lift computational models and direct measurement were presented. Moreover, the estimation of profile drag is sensitive to the definition of wake region whereas vortex breakdown upstream of trailing-edge resulted in underestimation and overestimation of induced drag and CL, respectively. For all the cases of slender wing and high angle of attack cases of non-slender delta wing showed that the induced drag always constituted more than 50% of the total drag. The results provided here provided a deepened and extended insight on vortical and aerodynamics characteristics of slender and non-slender delta wing. / La structure de pointe d'écoulement tourbillonnaire d'une aile delta élancée à 65 ° (DW65) et non élancée à 50 ° (DW50) a été étudiée au nombre de Reynolds de l'ordre 105. Un accent particulier a été mis dans la variation des quantités d'écoulement tourbillonnaire et les paramètres d'écoulement critique avec un changement de l'angle d'attaque et de la distance en corde. En outre, la progression de l'éclatement du tourbillon avec l'angle d'attaque a été documentée sur la base de la pression et de l'information sur la vitesse tridimensionnelle. On a également discuté d'un aperçu de l'évolution de la turbulence de sillage. De plus, les forces aérodynamiques de portance et de traînée ont été évaluées sur la base des analyses de l'enquête sur le sillage et comparées avec des mesures directes de l'équilibre des forces. Une attention particulière a été portée sur la caractérisation de la traînée fondée sur la dépendance de la portance où la formulation de Maskell a été adoptée pour l'estimation de la traînée induite. Les résultats ont montré que l'écoulement sur DW65 et DW50 ont quelques ressemblances qualitatives, mais elles sont quantitativement deux écoulements contrastés. Avant l'éclatement, dans le cas de DW65, l'écoulement tourbillonnaire est quasi axisymétrique, mais dans le cas de DW50, le tourbillon et le noyau axial ne correspondent jamais et même la définition de centre du tourbillon distinctif est souvent ambiguë, sauf à des angles d'attaque plus élevés. D'ailleurs, le noyau axial était toujours accompagné par un déficit dynamique important. La variation de la quantité d'écoulement tourbillonnaire dans la direction de l'écoulement a montré un comportement auto similaire lorsqu'elle est portée contre la distance radiale réduite par semi-envergure locale. Pendant que, fait intéressant, pour la DW50, un comportement auto similaire a été montré seulement par la variation de la perte de pression totale aux environs du cœur de la pression. Il a été établi que l'écoulement sur DW50 a été marqué par une interaction active de l'écoulement tourbillonnaire et de la couche limite en raison de la proximité du tourbillon de la surface de l'aile. Pour la première fois, la progression de l'éclatement du tourbillon sur la surface de l'aile a été signalée sur la base de l'information du système d'écoulement tridimensionnel qui a élucidé les indicateurs respectifs d'éclatement pour les ailes delta élancées et non élancées. Enfin, les analyses des enquêtes ont été menées et des comparaisons de différents modèles informatiques de portage et de mesure directe ont été présentées. En outre, l'estimation de la traînée de profil est sensible à la définition de la région de sillage tandis que l'éclatement tourbillonnaire en amont du bord de fuite a entraîné une sous-estimation et une surestimation de la traînée induite et du CL, respectivement. Pour tous les cas de l'aile élancée et les cas de l'angle d'attaque de l'aile delta non élancée ont montré que la traînée induite a toujours constitué plus de 50% de la traînée totale. Les résultats fournis ici ont fourni un aperçu approfondi et étendu sur les caractéristiques tourbillonnaires et aérodynamiques de l'aile delta élancée et non élancée
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.114507 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Dogar, Muneeb |
| Contributors | Timothy Lee (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Engineering (Department of Mechanical Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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