O privire atentă asupra fluxului de aer în jurul formelor de mare viteză dezvăluie o turbulență surprinzătoare, potrivit unui nou studiu. Descoperirile, publicate pe 7 martie în jurnal Fluide de revizuire fizicăar putea informa proiectarea viitoarelor vehicule de mare viteză.
În studiu, cercetătorii au folosit simulări tridimensionale pentru a dezvălui tulburări neașteptate în jurul conurilor cu mișcare rapidă.
La viteze hipersonice – peste Mach 5, sau de mai mult de 5 ori viteza sunetului (3.836 mph sau 6.174 kilometri pe oră) – fluxul de aer în jurul suprafeței unui vehicul devine complex și denaturat. Majoritatea simulărilor presupun că fluxul este simetric în jurul întregului con, dar până de curând, studiile privind trecerea de la eficient la turbulent au fost posibile doar în două dimensiuni, astfel încât nu am putea fi siguri că nu existau asimetrii în flux în jurul unei structuri tridimensionale.
Rezultatele ar putea ajuta inginerii să proiecteze vehicule mai puternice, mai rapide, capabile să reziste la temperaturi, presiuni și vibrații extreme resimțite în timpul zborului hipersonic.
„Fluxurile de tranziție sunt 3D și de natură nesigură, indiferent de geometria fluxului”, coautor al studiului IRMAK TAYLAN KARPUZCUun inginer aerospațial la Universitatea din Illinois Urbana-Champaign, a spus într-un declaraţie. „Experimentele au fost efectuate în 3D la începutul anilor 2000 [but they] Nu a furnizat suficiente date pentru a determina niciun efecte 3D sau o instanță, deoarece nu existau suficient senzori în jurul modelului în formă de con. Nu a fost greșit. Doar tot ce era posibil atunci „.
Utilizarea supercomputerului Frontera la Texas Advanced Computing Center, Karpuzcu și Aerospace Engineer Deborah Levin Simulat cum curge aerul în jurul unui obiect în formă de con-adesea folosit ca model simplificat pentru vehiculele hipersonice-modificări în trei dimensiuni la viteză mare. Au studiat atât un singur con, cât și un con de dublu, ceea ce îi ajută pe oamenii de știință să studieze modul în care mai multe unde de șoc interacționează între ele.
„În mod normal, te -ai aștepta ca fluxul din jurul conului să fie panglici concentrice, dar am observat pauze în fluxul în straturile de șoc, atât în forme de conuri unice, cât și în cele duble”, a spus Karpuzcu.
Aceste pauze au fost deosebit de răspândite în jurul vârfului conului. La viteze mari, valul de șoc se află mai aproape de con, stoarcerea moleculelor de aer în straturi instabile și amplificarea instabilităților în fluxul de aer. Echipa și -a confirmat concluziile derulând un program care urmărește fiecare moleculă de aer simulată și surprinde modul în care coliziunile dintre molecule afectează fluxul de aer.
De asemenea, tulburările par să se dezvolte cu viteze mari. „Pe măsură ce creșteți numărul Mach, șocul se apropie de suprafață și promovează aceste instabilități. Ar fi prea scump să rulăm simularea la fiecare viteză, dar am rulat -o la Mach 6 și nu am văzut o pauză în flux”, a spus Karpuzcu.
Pauzele ar putea afecta considerațiile de proiectare pentru vehiculele hipersonice, care ar putea fi utilizate pentru transport, arme și transport, a spus Karpuzcu, deoarece inginerii vor trebui să țină cont de discontinuitățile nou observate.
Comentarii recente