Flight condition of helicopters proximity to the ground, so-called `Ground Effect`, is among one of the most recent research areas since the aerodynamic performance of these vehicles significantly vary due to the flow dynamics associated with the interaction between the rotor and the surface. Thus, a comprehensive understanding of the rotor wake during in and out of ground effect is needed to improve the flight performance.Helicopters operate in ground effect in many different ways including full ground, partial ground and inclined ground, which correspond to the standard landing or takeoff condition, ship deck operation, and steep valley operations, respectively. All these flight conditions cause complex, unsteady, and turbulent flow fields, which must be understood thoroughly.In the present study, ground effect of a scaled model rotor at hover condition in the absence of forward and lateral movement was investigated experimentally and numerically. First, an experimental set up was designed and constructed to investigate different ground effect scenarios including full, partial and inclined conditions, compared to out of ground condition, for a scaled model rotor in a confined environment. Then, laser illuminated smoke visualization and Laser Doppler Anemometry (LDA) measurements were conducted to characterize the flow field qualitatively and quantitatively. In addition, generic numeric models, which were applicable to rotor wake fields, were developed and examined.The results of the present study indicate that presence of the ground beneath the rotor as a solid boundary for oncoming induced velocity significantly alters the flow field both qualitatively and quantitatively. Particularly, the presence of the ground affects the flow regime near the blade tip by changing the vortex core size and its path. After impingement of the wake to the ground, highly unsteady and turbulent wake is seen. As expected, the ground effect reduces the induced velocity overall. Both the mean and the fluctuation components of the induced velocity increase toward the blade tip. In line with this, the spectral power of the dominant frequency in the velocity fluctuations significantly increases toward the blade tip. All these observations are witnessed in all ground effect conditions.

Helikopterlerin aerodinamik performansının, yere yakın uçuşlarda akış dinamiği üzerinden rotor ve yer yüzeyi arasındaki etkileşimler vasıtasıyla ciddi şekilde değişmesi sebebiyle, bu hava araçlarının yere yakın uçuşlarında ortaya çıkan `Yer Etkisi` uçuş koşulu, en yeni araştırma alanlarından biridir.Helikopterler sırasıyla standart iniş ve kalkış koşulunda, gemi güvertesi operasyonlarında ve de dik yamaçlarda görülen tam, kısmi ve eğik olmak üzere birçok farklı yer etkisi durumda uçmaktadırlar. Bu uçuş koşullarının sebep olduğu karmaşık, daimi olmayan ve türbülanslı akış alanlarının ayrıntılarıyla anlaşılması gerekmektedir.Bu çalışmada ölçeklendirilmiş bir rotorun yer etkisi, rotorun ileri ve yanal hareketi olmaksızın askı durumu için deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. İlk olarak deneysel bir düzenek, tam, kısmi ve eğik olmak üzere farklı yer etkisi senaryoları ile yer etkisi dışı senaryoyu karşılaştırmak adına sınırlandırılmış bir alandaki ölçeklendirilmiş rotor için tasarlanmış ve kurulmuştur. Ardından, nicel ve nitel yönden akış alanı sırasıyla lazer aydınlatmalı duman görüntüleme ve Laser DopplerviiiAnemometry (LDA) teknikleri ile karakterize edilmiştir. Bunlara ek olarak rotor iz bölgeleri için geçerli olan genel sayısal modeller geliştirilerek, denenen durumlar için canlandırılmıştır. Rotor akış izi canlandırmalarının sonuçları deneyler ile kıyaslanmıştır.Bu çalışmanın sonuçları göstermektedir ki rotor akış alanı rotorun altında bulunan ve yaklaşmakta olan indüklenmiş akış için katı geçilmez bir sınır olan yer nedeniyle hem nicel hem de nitel olarak ciddi bir şekilde değişmektedir. Özellikle yerin varlığı, pal ucuna yakın bölgede akış rejimini girdapların büyüklükleri ve izledikleri yolu değiştirmek suretiyle değiştirmektedir. Beklenildiği üzere, yer etkisi genel olarak indüklenmiş akış hızını düşürmektedir. Hem ortalama indüklenmiş akış hızı hem de indüklenmiş akış hızındaki dalgalanmalar pal ucuna doğru gittikçe artmaktadırlar. Bu doğrultuda pal ucuna doğru gittikçe hızdaki dalgalanmaların baskın frekanslarının spektral büyüklükleri önemli ölçüde artmaktadır. Bu gözlemlerin hepsi bütün yer etkisi durumlarında görülmüştür.