Cuando un pájaro en vuelo aterriza, realiza una rápida maniobra de inclinación hacia arriba durante el proceso de encaramado para evitar sobrepasar la rama o el cable telefónico. En aerodinámica, esa acción produce un fenómeno complejo conocido como pérdida dinámica. Aunque muchas aeronaves de ala fija pueden soportar maniobras de inclinación rápida similares, un vehículo sujeto a este proceso dinámico de pérdida no se puede controlar de forma fiable. Motivado por la falta de comprensión detallada, Los investigadores de la Universidad de Illinois se sumergieron en profundidad en la física de la pérdida dinámica para que pueda ser utilizada de manera beneficiosa y confiable por aviones.

"Hay estructuras complejas de flujo de turbulencia en juego. Sabemos que se forma un gran vórtice en el borde de ataque del ala y conduce a grandes aumentos en la sustentación, así como en aumentos en la resistencia aerodinámica. Después de que el vórtice de pérdida dinámica abandona las proximidades del ala , hay una caída muy pronunciada en la sustentación, así como aumentos en la resistencia, y nos quedamos con un campo de flujo muy difícil de controlar, "dijo Phillip Ansell, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la Facultad de Ingeniería de la U de I.

Ansell dijo que el problema se ha estudiado a bajas velocidades, también conocido como números bajos de Reynolds. Los números de Reynolds se refieren a la relación entre qué tan rápido va el ala, el tamaño del ala, y la viscosidad del flujo de aire a su alrededor. En este estudio, él y su estudiante graduado Rohit Gupta miraron a velocidades más altas, todavía subsónico, pero un orden de magnitud superior a la velocidad del vuelo de las aves o los insectos. A velocidades más altas, el proceso se vuelve significativamente desorganizado y difícil de entender.

Un componente del estudio involucró experimentos en túnel de viento utilizando un perfil aerodinámico, que es una sección transversal del ala. La forma del perfil aerodinámico se extendía de pared a pared a través del túnel de viento.

"El motor se utiliza en las pruebas del túnel de viento para producir un movimiento de inclinación hacia arriba muy rápido del perfil aerodinámico. Medimos la presión con transductores de alta frecuencia a través de la superficie. A partir de eso, caracterizamos algunos de los detalles muy finos de las oscilaciones de presión que suceder durante este proceso altamente inestable, ", Dijo Ansell." También utilizamos un láser de alta velocidad y un sistema de cámara para medir la velocidad del flujo para obtener el mapa completo de mediciones en toda la superficie y cómo evoluciona el flujo con el tiempo ".

Ansell dijo que uno de los puntos focales de este estudio fue comprender la fluctuación turbulenta en el flujo de aire, la frecuencia de esa fluctuación, y la escala espacial y el tamaño de esas fluctuaciones.

"Observamos que las estructuras dinámicas de vórtice de pérdida que vemos a bajas velocidades, no vemos de la misma manera a altas velocidades. En el vórtice a velocidades más altas, en cambio, hay pequeñas estructuras de flujo. El vórtice está salpicado de características de menor escala en el flujo. Entonces, este vórtice clásico no se está comportando como una estructura gigante. En realidad, está compuesto por pequeños vórtices instantáneos a pequeña escala que actúan colectivamente para comportarse como una escala mayor. Esa es una parte de la física que todavía estamos tratando de comprender ".

Según Ansell, el objetivo es probar los números de Reynolds hasta un millón para saber en qué punto las características del vórtice a gran escala comienzan a comportarse en los diminutos vórtices múltiples. Para comparacion, un 737 opera en alrededor de 20 millones.

Al comprender la física de lo que sucede en el flujo, Ansell dijo que pueden buscar formas de interactuar y controlarlo para obtener características deseables a mayor escala y usarlas de manera beneficiosa.

Una aplicación podría ser aterrizar un avión en una pista de aterrizaje más corta.

"Necesito saber cuándo se va a formar ese vórtice y obtener ese aumento de sustentación y luego hacer que de alguna manera persista sobre la superficie para darme una mayor capacidad de sustentación para, decir, aterrizar en un portaaviones. En otros casos, es posible que desee evitar que se forme el vórtice, y hay formas en que puedo usar la actuación para interactuar con el flujo y evitar que surja el vórtice y que suceda el proceso de bloqueo dinámico, "Dijo Ansell.

El estudio, "Física de flujo inestable del bloqueo dinámico de la superficie aerodinámica, "fue escrito por Rohit Gupta y Phillip Ansell. Aparece en el Revista AIAA .