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Dynamic modeling and analysis of vortex filament motion using a novel curve-fitting method

Chinese Journal of Aeronautics 2016年第1期29卷 53-65页

作者： Chang-Joo Kim Soo Hyung Park Sang Kyung Sung Sung-Nam Jung Department of Aerospace Information Engineering Konkuk UniversitySeoul 05029Republic of Korea

Applications of a novel curve-fitting technique are presented to efficiently predict the motion of the vortex filament, which is trailed from a rigid body such as wings and rotors. The gov- erning equations of the motion, when a Lagrangian approach with the present curve-fitting method is applied, can be transformed into an easily solvable form of the system of nonlinear ordinary dif- ferential equations. The applicability of Bezier curves, B-spline, and Lagrange interpolating polyno- mials is investigated. Local Lagrange interpolating polynomials with a shift operator are proposed as the best selection for applications, since it provides superior system characteristics with minimum computing time, compared to other methods. In addition, the Gauss quadrature formula with local refinement strategy has been developed for an accurate prediction of the induced velocity computed with the line integration of the Biot-Savart law. Rotary-wing problems including a vortex ring problem are analyzed to show the efficiency, accuracy, and flexibility in the applications of the pro- posed method.

关键词： Aerodynamics Biot-Savart law curve-fitting method Free-vortex wake Rotary wing Vortex filament

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