La tecnología de imágenes ha mejorado enormemente en los últimos 30 años. Ha pasado tanto tiempo desde que el flujo que sale de la base de los proyectiles, como misiles balísticos, ha sido medido. Investigadores del Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign utilizaron una técnica de medición moderna llamada velocimetría de imágenes de partículas estereoscópicas para tomar medidas de alta resolución del complicado campo de flujo aguas abajo de un cilindro de base roma que se mueve a velocidades supersónicas. que es representativo de un proyectil o un cohete sin propulsión.

El experimento se realizó en un túnel de viento Mach 2.5 en el Laboratorio de Dinámica de Gas de la Facultad de Ingeniería Grainger en Illinois. Los investigadores montaron un modelo de cilindro grande y forzaron un suministro de aire a alta presión mezclado con una gran cantidad de partículas de humo a través de él.

"Iluminamos con un láser las partículas de humo para iluminar una región deseada y luego podemos tomar una fotografía de esas partículas desde múltiples ángulos. Obtener imágenes de la misma región desde diferentes perspectivas simultáneamente nos permite medir los tres componentes de la velocidad", dijo el estudiante de doctorado Branden. Kirchner. “Las imágenes se toman con una separación de 600 nanosegundos a alta resolución.

"Esta técnica nos permite medir simultáneamente la velocidad en muchos puntos muy cercanos entre sí, en lugar de medir un punto y luego pasar al siguiente. Ahora tenemos un mapa de velocidad en todo el campo de flujo como una instantánea en el tiempo ".

Kirchner dijo el 3, 000 instantáneas capturadas por cuatro cámaras dirigidas al flujo proporcionan mediciones de resolución espacial mucho más altas que cualquier estudio anterior. Dijo que los computacionalistas que estudian este flujo se beneficiarán de tener estos nuevos datos para compararlos con sus simulaciones.

Profesor de ingeniería aeroespacial de Illinois J. Craig Dutton, coautor del estudio, ha estado trabajando en este complicado flujo durante décadas, usando el mismo túnel de viento mientras trabajaba en su doctorado. Kirchner dijo, "Recuerdo la primera vez que tomamos datos con esta técnica, Le mostré al profesor Dutton y me dijo 'en 90 segundos tomaste más datos de los que solíamos tomar en seis meses' ".

Cuando el flujo se separa del cilindro, crea una estela, como los rastros de un barco o un avión. Ahí es donde comienzan las funciones de flujo importantes, aguas abajo del cilindro, que representa el cuerpo de un cohete o proyectil.

"Hay una capa fina justo después de la separación, llamada capa de corte, donde la fricción entre el aire que se mueve lento y el que se mueve rápido es realmente dominante, ", dijo." Esta capa de cizallamiento extrae partículas de fluido de la región inmediatamente detrás de la base del cilindro, en un proceso llamado arrastre. Este proceso provoca presiones realmente bajas en la base del cilindro, y es algo que actualmente no entendemos bien.

Kirchner dijo que el ejemplo que le gusta usar para explicar la física de lo que está sucediendo en el flujo es la técnica de dibujo que algunas personas usan para obtener un mejor rendimiento de la gasolina en una carretera. Conducen su automóvil a cierta distancia detrás de un semirremolque para obtener una mejor economía de combustible.

"La presión detrás del semirremolque es muy baja, Entonces, si puede colocar la parte delantera de su automóvil en la zona de baja presión y la parte trasera en una zona de alta presión, en realidad te echan de ahí, pero la resistencia aerodinámica del semirremolque es muy alta debido a esta zona de baja presión, "Dijo Kirchner.

Tener una mejor comprensión de cómo el flujo crea realmente esta región de baja presión podría brindar a otros investigadores el conocimiento que necesitan para encontrar una forma de cambiar la presión.

"No cambiaremos nada a lo largo del cuerpo del cilindro o la parte delantera del cilindro en este estudio, ", dijo." Pero si sabemos qué mecanismos podrían causar un cambio en la distribución de la presión en la base y desarrollamos un método para aumentar esa presión, podemos disminuir la resistencia o tener un mejor control direccional del vehículo ".

El estudio, Mediciones de turbulencia de tres componentes y análisis de un supersónico, Flujo base axisimétrico, "fue escrito por Branden M. Kirchner, James V. Favale, Gregory S. Elliott, y J. Craig Dutton. Se publica en el Revista AIAA .