Als een vliegende vogel landt, hij voert een snelle pitch-up-manoeuvre uit tijdens het neerstrijken om te voorkomen dat hij door de tak of telefoondraad schiet. Op het gebied van aerodynamica, die actie produceert een complex fenomeen dat bekend staat als dynamische stall. Hoewel veel vliegtuigen met vaste vleugels soortgelijke snelle pitch-up-manoeuvres kunnen weerstaan, een voertuig dat onderworpen is aan dit dynamische afslagproces is niet betrouwbaar bestuurbaar. Gemotiveerd door het gebrek aan gedetailleerd begrip, Onderzoekers van de Universiteit van Illinois zijn diep gedoken in de fysica van dynamische stalling, zodat het nuttig en betrouwbaar kan worden gebruikt door vliegtuigen.

"Er zijn complexe turbulentiestroomstructuren in het spel. We weten dat zich een grote werveling vormt aan de voorrand van de vleugel en leidt tot een zeer grote toename van de lift en een toename van de weerstand. Nadat de dynamische stal de vortex de buurt van de vleugel verlaat , er is een zeer scherpe daling van de lift en een toename van de weerstand en we blijven zitten met een zeer moeilijk te controleren stromingsveld, " zei Philip Ansell, assistent-professor bij de afdeling Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van het College of Engineering aan de U of I.

Ansell zei dat het probleem bij lage snelheden is onderzocht. ook bekend als lage Reynoldsgetallen. Reynoldsgetallen verwijzen naar de relatie tussen hoe snel de vleugel gaat, de vleugelgrootte, en de viscositeit van de luchtstroom eromheen. In dit onderzoek, hij en zijn afgestudeerde student Rohit Gupta keken naar hogere snelheden, nog steeds subsonisch, maar een orde van grootte hoger dan de snelheid van de vlucht van vogels of insecten. Bij hogere snelheden wordt het proces aanzienlijk ongeorganiseerd en moeilijk te begrijpen.

Een onderdeel van het onderzoek betrof windtunnelexperimenten met een draagvleugel, dat is een dwarsdoorsnede van de vleugel. De vorm van het vleugelprofiel werd van muur tot muur over de windtunnel gespannen.

"De motor wordt gebruikt in de windtunneltests om een ​​zeer snelle opwaartse beweging van het vleugelprofiel te produceren. We hebben de druk gemeten met hoogfrequente transducers over het oppervlak. Van daaruit hebben we enkele van de zeer fijne details van de drukoscillaties gekarakteriseerd die gebeuren tijdens dit zeer onstabiele proces, "Zei Ansell. "We gebruikten ook een high-speed laser- en camerasysteem om de stroomsnelheid te meten om de volledige kaart van metingen over het hele oppervlak te krijgen en hoe de stroom evolueert in de tijd."

Ansell zei dat een van de focuspunten van deze studie het begrijpen van de turbulente fluctuatie in de luchtstroom was, de frequentie van die fluctuatie, en de ruimtelijke schaal en omvang van die fluctuaties.

"We hebben waargenomen dat de dynamische stall-vortexstructuren die we zien bij lage snelheden, we zien niet op dezelfde manier bij hoge snelheden. In de vortex bij hogere snelheden zijn er in plaats daarvan kleine stroomstructuren. De vortex is doorspekt met kleinere schaalkenmerken in de stroom. Dus deze klassieke vortex gedraagt ​​zich niet als één gigantische structuur. Het is eigenlijk samengesteld uit kleine onmiddellijke, kleinschalige draaikolken die collectief samenwerken om zich als een grotere schaal te gedragen. Dat is een deel van de natuurkunde waar we nog steeds onze hersenen omheen proberen te wikkelen."

Volgens Ansell, het doel is om Reynolds-getallen tot een miljoen te testen om erachter te komen op welk punt de grootschalige vortex-functies zich beginnen te gedragen in de kleine meervoudige vortices. Ter vergelijking, een 737 werkt op ongeveer 20 miljoen.

Om de fysica te begrijpen van wat er in de stroom gebeurt, Ansell zei dat ze kunnen kijken naar manieren om ermee om te gaan en het te beheersen om de gewenste eigenschappen op grotere schaal naar buiten te brengen en er nuttig gebruik van te maken.

Een toepassing kan zijn om een ​​vliegtuig op een kortere landingsbaan te laten landen.

"Ik moet weten wanneer die vortex zich gaat vormen en die verhoogde lift krijgen en dat dan op de een of andere manier over het oppervlak laten voortduren om me een hoger liftvermogen te geven om, zeggen, landen op een vliegdekschip. In andere gevallen wil ik misschien voorkomen dat de vortex zich vormt, en er zijn manieren waarop ik aandrijving kan gebruiken om met de stroom te communiceren en te voorkomen dat de vortex ontstaat en het dynamische stall-proces plaatsvindt, ' zei Ansell.

De studie, "Unsteady Flow Physics van Airfoil Dynamic Stall, " is geschreven door Rohit Gupta en Phillip Ansell. Het staat in de AIAA Journaal .