Experiments have been performed on the tip vortex trailing from a rectangular NACA 0012 half-wing. Preliminary studies showed the vortex to be insensitive to the introduction of a probe and subject only to small wandering motions. Meaningful velocity measurements could therefore be made using hot-wire probes. Detailed analysis of the effects of wandering was performed to properly reveal the flow structure in the core region and to give confidence in measurements made outside the core. A theory has been developed to correct mean-velocity profiles for the effects of wandering and to provide complete quantitative estimates of its amplitude and contributions to Reynolds stress fields. Spectral decomposition was found to be the most effective method of separating these contributions from velocity fluctuations due to turbulence. Outside the core the flow structure is dominated by the remainder of the wing wake which winds into an ever-increasing spiral. There is no large region of axisymmetric turbulence surrounding the core and little sign of turbulence generated by the rotational motion of the vortex. Turbulence stress levels vary along the wake spiral in response to the varying rates of strain imposed by the vortex. Despite this complexity, the shape of the wake spiral and its turbulent structure reach an approximately self-similar form. On moving from the spiral wake to the core the overall level of velocity fluctuations greatly increases, but none of this increase is directly produced by turbulence. Velocity spectra measured at the vortex centre scale in a manner that implies that the core is laminar and that velocity fluctuations here are a consequence of inactive motion produced as the core is buffeted by turbulence in the surrounding spiral wake. Mean-velocity profiles through the core show evidence of a two-layered structure that dies away with distance downstream.

The behaviour of a turbulent boundary layer on a flat surface as it encounters the nose of a cylindrical wing mounted normal to that surface is being investigated. A three-component laser anemometer has been developed to measure this highly turbulent three-dimensional flow. Measurements of all the non-zero mean-velocity and Reynolds-stress components have been made with this instrument in the plane of symmetry upstream of the wing. These data have been used to estimate some of the component terms of the turbulence kinetic energy equation. Histograms of velocity fluctuations and short-time cross-correlations between the laser anemometer and a hot-wire probe have also been measured in the plane of symmetry. In all, these results reveal much of the time-dependent and time-averaged turbulence structure of the flow here. Separation occurs in the plane of symmetry because of the adverse pressure gradient imposed by the wing. In the time mean the resulting separated flow consists of two fairly distinct regions: a thin upstream region characterized by low mean backflow velocities and a relatively thick downstream region dominated by the intense recirculation of the mean junction vortex. In the upstream region the turbulence stresses develop in a manner qualitatively similar to those of a two-dimensional boundary layer separating in an adverse pressure gradient. In the vicinity of the junction vortex, though, the turbulence stresses are much greater and reach’ values many times larger than those normally observed in turbulent flows. These large stresses are associated with bimodal (double-peaked) histograms of velocity fluctuations produced by a velocity variation that is bistable. These observations are consistent with large-scale low-frequency unsteadiness of the instantaneous flow structure associated with the junction vortex. This unsteadiness seems to be produced by fluctuations in the momentum and vorticity of fluid from the outer part of the boundary layer which is recirculated as it impinges on the leading edge of the wing. Though we would expect these fluctuations to be produced by coherent structures in the boundary layer, frequencies of the large-scale unsteadiness are substantially lower than the passage frequency of such structures. It therefore seems that only a fraction of the turbulent structures are recirculated in this way.

The effects of roughness were considered as part of a NATO Advanced Vehicle Technology effort titled 'Non-Equilibrium Turbulent Boundary Layers at High Reynolds Numbers' (NATO AVT-349). This paper comments on the current state of understanding of the flow physics and modelling efforts to predict rough-wall boundary layer behaviour. Outer layer similarity to smooth wall flows and Reynolds number effects are discussed for zero, favourable, and adverse pressure gradients based on the results of experiments and numerical simulations. Various types of modelling are considered including Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) models with different roughness and turbulence models, wall-modelled large eddy simulations (WMLES), and resolvent models. Current needs and gaps in present understanding are discussed along with recommendations for future experiments and computations.