Cuando un pájaro en vuelo aterriza, realiza una maniobra de lanzamiento rápido durante el proceso de percha para evitar sobrepasar la rama o el cable del teléfono. En aerodinámica, esa acción produce un fenómeno complejo conocido como bloqueo dinámico. Aunque muchos ala fijala aeronave puede soportar maniobras rápidas similares, un vehículo sujeto a este proceso de pérdida dinámica no es confiablemente controlable. Motivados por la falta de comprensión detallada, los investigadores de la Universidad de Illinois se sumergieron profundamente en la física de la pérdida dinámica para que puedautilizado de manera beneficiosa y confiable por los aviones.
"Hay estructuras complejas de flujo de turbulencia en juego. Sabemos que se forma un gran vórtice en el borde delantero del ala y conduce a aumentos muy grandes en la elevación, así como a aumentos en la resistencia. Después de que el vórtice de pérdida dinámica abandona la vecindadEn el ala, hay una caída muy fuerte en la elevación, así como aumentos en la resistencia y nos queda un campo de flujo muy difícil de controlar ", dijo Phillip Ansell, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la Facultad de Ingeniería dela 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 la velocidad del 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 observaron velocidades más altas, aún subsónicas, pero un orden de magnitud mayor que 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 de túnel de viento usando un perfil aerodinámico, que es una sección transversal del ala. La forma del perfil aerodinámico se extendió 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 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 la presiónoscilaciones que ocurren durante este proceso altamente inestable ", dijo Ansell." También usamos 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 el flujo evoluciona con el tiempo ".
Ansell dijo que uno de los puntos focales de este estudio era 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 de vórtice de bloqueo dinámico que vemos a bajas velocidades, no vemos de la misma manera a altas velocidades. En el vórtice a velocidades más altas hay pequeñas estructuras de flujo en su lugar. El vórtice está salpicado de pequeñascaracterísticas de escala en el flujo. Por lo tanto, este vórtice clásico no se comporta como una estructura gigante. En realidad está compuesto de pequeños vórtices instantáneos de pequeña escala que actúan colectivamente para comportarse como una escala más grande. Eso es parte de la física que todavía estamostratando de envolver nuestros cerebros "
Según Ansell, el objetivo es probar los números de Reynolds de hasta un millón para saber en qué punto las características de vórtice a gran escala comienzan a comportarse en los pequeños vórtices múltiples. En comparación, un 737 opera a alrededor de 20 millones.
Al comprender la física de lo que está sucediendo en el flujo, Ansell dijo que pueden buscar formas de interactuar y controlarlo para obtener características deseables a mayor escala y usarlo de manera beneficiosa.
Una aplicación podría ser aterrizar una aeronave en una pista de aterrizaje más corta.
"Necesito saber cuándo se formará ese vórtice y conseguir ese aumento de elevación y luego hacer que persista de alguna manera sobre la superficie para darme una mayor capacidad de elevación para, por ejemplo, aterrizar en un portaaviones. En otros casos, puedoquiero evitar que se forme el vórtice, y hay formas en que puedo usar la actuación para interactuar con el flujo y evitar la aparición del vórtice y el proceso de bloqueo dinámico ", dijo Ansell.
Rohit Gupta y Phillip Ansell escribieron el estudio "Física del flujo inestable de la suspensión dinámica de la superficie aerodinámica". Revista AIAA . El trabajo es parte de una Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea bajo el Programa de Jóvenes Investigadores.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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