Análisis del mecanismo del anillo vórtice y sus efectos en un rotor axial en descenso

Un anillo vórtice es un fenómeno de flujo que involucra un complejo sistema de vórtices toroidales. Cuando un rotor está en vuelo descendente, puede entrar en el estado de anillo vórtice (VRS), lo que afectará las características aerodinámicas del rotor e incluso pondrá en peligro su seguridad. En este documento, para aclarar el mecanismo aerodinámico mediante el cual el anillo vórtice ejerce sus efectos en un rotor axial en descenso, se propone y valida un método de simulación numérica no estacionaria para el rotor integrado con rejillas superpuestas móviles estructuradas, utilizando datos experimentales. Este método de simulación numérica se aplica posteriormente para analizar las características aerodinámicas del rotor en vuelo descendente. Se analizan las variaciones de las fuerzas aerodinámicas y las características del flujo en el estela para dilucidar los mecanismos físicos responsables de las relaciones entre las cargas aerodinámicas, el campo de flujo y los vórtices cuando el rotor está en el VRS. Los efectos del VRS provocan una caída brusca en las fuerzas aerodinámicas promedio, lo que afecta directamente la seguridad y fiabilidad de un rotor de aeronave. En el estela del rotor en descenso, se forma un anillo vórtice distintivo que se mueve hacia arriba a medida que aumenta la velocidad de descenso. El VRS más severo ocurre a una velocidad de descenso adimensional de 1.13 cuando el centro del anillo vórtice altamente inestable está justo en la punta de la pala, y esto puede usarse como un indicador del VRS. El mecanismo físico por el cual el VRS ejerce sus efectos puede atribuirse a la baja presión inducida por vórtices fuertes. El VRS disminuye la presión en la superficie inferior de la pala y aumenta la presión en la superficie superior, lo que resulta en una reducción de las cargas aerodinámicas. En comparación con el estado de flotación, el VRS resulta en una fuerza de vórtice mucho mayor y posee una estructura de vórtice diferente.