A tecnologia de imagem melhorou muito nos últimos 30 anos. Já faz muito tempo que o fluxo saindo da base dos projéteis, como mísseis balísticos, foi medido. Pesquisadores do Departamento de Engenharia Aeroespacial da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign usaram uma técnica de medição moderna chamada velocimetria de imagem de partícula estereoscópica para fazer medições de alta resolução do complicado campo de fluxo a jusante de um cilindro sem corte se movendo a velocidades supersônicas, que é representativo de um projétil ou um foguete sem energia.

O experimento foi feito em um túnel de vento Mach 2.5 no Laboratório de Dinâmica de Gás no Grainger College of Engineering em Illinois. Os pesquisadores montaram um modelo de cilindro grande e forçaram um suprimento de ar de alta pressão misturado a uma grande quantidade de partículas de fumaça através dele.

"Nós lançamos um laser nas partículas de fumaça para iluminar uma região desejada e então podemos tirar uma foto dessas partículas de vários ângulos. Imaginar a mesma região de diferentes perspectivas simultaneamente nos permite medir todos os três componentes da velocidade", disse o estudante de doutorado Branden Kirchner. "As imagens são tiradas com 600 nanossegundos de diferença em alta resolução.

"Esta técnica nos permite medir simultaneamente a velocidade em muitos pontos muito próximos, em vez de medir um ponto e então passar para o próximo. Agora temos um mapa de velocidade em todo o campo de fluxo como um instantâneo no tempo. "

Kirchner disse que o 3, 000 instantâneos capturados por quatro câmeras direcionadas ao fluxo fornecem medições de resolução espacial muito mais altas do que quaisquer estudos anteriores. Ele disse que os computacionalistas que estudam esse fluxo se beneficiarão de ter esses novos dados para comparar com suas simulações.

Professor de engenharia aeroespacial de Illinois, J. Craig Dutton, co-autor do estudo, tem trabalhado neste fluxo complicado por décadas, usando o mesmo túnel de vento enquanto trabalhava em seu doutorado. Kirchner disse, "Lembro-me da primeira vez que coletamos dados usando essa técnica, Eu mostrei ao professor Dutton e ele disse 'em 90 segundos você tirou mais dados do que tirávamos em seis meses.' "

Quando o fluxo se separa do cilindro, cria um rastro, como o que sai de um barco ou avião. É aí que começam os importantes recursos de fluxo, a jusante do cilindro, que representa o corpo de um foguete ou projétil.

"Há uma camada fina logo abaixo da separação, chamada de camada de cisalhamento, onde o atrito entre o ar lento e rápido é realmente dominante, "disse ele." Esta camada de cisalhamento extrai partículas de fluido da região imediatamente atrás da base do cilindro, em um processo chamado arrastamento. Este processo causa pressões realmente baixas na base do cilindro, e é algo que atualmente não entendemos bem.

Kirchner disse que o exemplo que ele gosta de usar para explicar a física do que está acontecendo no fluxo é a técnica de desenho que algumas pessoas usam para obter melhor consumo de combustível em uma rodovia. Eles dirigem o carro a certa distância atrás de um caminhão para obter melhor economia de combustível.

"A pressão logo atrás do semi-caminhão é muito baixa, então, se você conseguir colocar a extremidade dianteira de seu carro na zona de baixa pressão e a extremidade traseira em uma zona de alta pressão, você realmente é empurrado para fora disso, mas o arrasto aerodinâmico no semi-caminhão é muito alto por causa desta zona de baixa pressão, "Kirchner disse.

Compreender melhor como o fluxo realmente cria essa região de baixa pressão pode dar a outros pesquisadores o conhecimento de que precisam para descobrir uma maneira de alterar a pressão.

"Não estamos mudando nada ao longo do corpo do cilindro ou na frente do cilindro neste estudo, "disse ele." Mas se soubermos quais mecanismos poderiam causar uma mudança na distribuição de pressão na base e desenvolvermos um método para aumentar essa pressão, podemos diminuir o arrasto ou ter um melhor controle direcional do veículo. "

O estudo, Medições de turbulência de três componentes e análise de um supersônico, Fluxo de base axissimétrico, "foi escrito por Branden M. Kirchner, James V. Favale, Gregory S. Elliott, e J. Craig Dutton. É publicado no Jornal AIAA .