Study on Decay Characteristics of Vertical Four-Vortex Systems

Abstract

The wake vortices of an aircraft descend by self-induction that enables a pilot to identify wake locations. A pilot taking off an aircraft can avoid a wake vortex encounter by performing early rotation and flying at or above the climb path of the preceding aircraft. Such an operation results in a situation, in which two wake vortices are present in the air simultaneously in close proximity. Also, there is a possibility of interactions among vortices where runways are parallel so that a pair of vortices from an aircraft moves to another runway due to crosswind. If the interaction between wake vortex pairs induces a rapid dissipation, it may be possible to adjust the take-off separation time and, therefore, in-crease the airport capacity. In this study, the transport and decay characteristic processes involving interactions between the wake vortex pairs formed by the preceding and following aircraft have been analyzed. The decay processes were ana-lyzed by selecting suitable initial conditions that took into account the high altitude of the following aircraft and the descent of the preceding wake vortices. The high altitude of the following aircraft was included as initial conditions, and atmospheric turbulence conditions were applied to large eddy simulations to account for the vortex core instability and non-linear transport and decay. The obtained results were analyzed to identify the decay characteristic processes that induce the rapid dissipation of the wake vortices and their conditions. The numerical simulation results were analyzed to identify the decay processes that induce the rapid dissipation of wake vortices such as merging into a single counter-rotating pair, rapid dissipation, and formation of a vortex ring with or without a deformation of the lower vortex pair. The third process could be effectively used to adjust the take-off separation time for increasing the capacity at airports.

항공기의 와후류는 자기 유도에 의해 하강하는 특징을 가지기 때문에 그 위치를 식별할 수 있다 . 이륙하는 조종사는 선행 항공기의 이륙 지점 앞에서 이륙하고 선행 항공기의 등반 경로 위로 비행하면 와후류 를 피할 수 있다 . 이러한 회피 비행은 두 개의 와후류 가 동시에 근접하여 대기 중에 존재하는 상황 이 발생할 수 있으며 두 쌍 사이의 거리가 충분히 가까운 경우 상호작용이 발생할 것이다 또한 선행 항공기 에서 발생한 와후류 가 인접 활주로로 이동할 경우 에도 와후류 간의 상호작용이 발생할 수 있다. 본 연구는 선행 항공기와 후행 공기에 의해 생성된 서로 다른 wake vortex pair 간의 상호 작용으로 인해 발생하는 이동 및 소산 특성 프로세스를 수치해석으로 분석하였다. 후행 항공기의 높은 고도는 초기 조건으로 고려되었으며, 와후류 의 불안정성과 비선형 수송 및 붕괴를 설명하기 위해 대기 난류 조건이 수치해석 에 적용되었다 . 해석 결과를 분석하여 단일 와후류 쌍으 로의 합병 , 빠른 소산 , vortex ring 의 형성 이후 하부 vortex pair 를 변형하거나 변형없이 각각 소산하는 프로세스를 확인하였다.