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Numerical investigations on the influence of wind shear and turbulence on aircraft trailing vortices / Numerische Untersuchungen zum Einfluss von Windscherung und Turbulenz auf Flugzeugwirbelschleppen

Authors
  • Hofbauer, T.
  • DLR Deutsches Zentrum fuer Luft- und Rau...
Publication Date
Jan 01, 2003
Source
OpenGrey Repository
Keywords
Language
German
License
Unknown

Abstract

In several aspects, the behaviour of aircraft wake vortices under situations of vertical wind shear is significantly different from non-shear scenarios and its operational real-time forcast is challenging. By means of numerical investigations of idealized scenarios, the influence of wind shear on the lateral and vertical transport of vortices is analysed both, phenomenologically as well as in the scope of a sensitivity study. The results allow for the verification of controversial views and the benchmark of modelling approaches. Case studies of turbulent shear flows focus on the persistence of vortices. A detailed analysis of the flow fields evidence that unequal vortex decay rates can be attributed to the asymmetric distribution of secondary vorticity structures. The results moreover suggest that extended vortex lifespans can be expected under situations of wind shear. The unusual vortex behaviour observed by means of a LIDAR measurement is reproduced by realistic simulations and permits to reveal potential causes. (orig.) / Das Wirbelschleppenverhalten unterscheidet sich in Situationen vertikaler Windscherung in mehrfacher Hinsicht signifikant von scherungsfreien Szenarien und stellt eine besondere Herausforderung fuer eine operationelle Echtzeitvorhersage dar. Mittels numerischer Untersuchungen idealisierter Szenarien wird zunaechst der Einfluss von Windscherung auf den lateralen und vertikalen Wirbeltransport sowohl phaenomenologisch als auch quantitativ im Rahmen einer Sensitivitaetsstudie analysiert. Anhand der gewonnenen Ergebnisse werden auseinandergehende Erklaerungsansaetze geprueft und Modellierungsansaetze bewertet. Fallstudien turbulenter Scherstroemungen zur Wirbelpersistenz stellen einen weiteren Schwerpunkt dieser Arbeit dar. Durch die ausfuehrliche Analyse der Stroemungsfelder wird der Nachweis erbracht, dass sich unterschiedliche Zerfallsraten der Wirbel auf die asymmetrische Verteilung von sekundaeren Vorticity-Strukturen zurueckfuehren lassen. Die Ergebnisse belegen auch, dass in Situationen von Windscherung langlebige Wirbel erwartet werden koennen. Das im Rahmen einer LIDAR-Messkampagne beobachtete, ungewoehnliche Wirbelschleppenverhalten wird durch eine realitaetsnahe Nachbildung der Situation reproduziert und erlaubt im Rueckschluss eine Aussage ueber moegliche Ursachen. (orig.) / SIGLE / Available from TIB Hannover: RN 437(03-01) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische Informationsbibliothek / DE / Germany

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