De beeldtechnologie is de afgelopen 30 jaar enorm verbeterd. Het is ongeveer zo lang geleden dat de stroom van de basis van projectielen kwam, zoals ballistische raketten, is gemeten. Onderzoekers van de afdeling Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign gebruikten een moderne meettechniek genaamd stereoscopische deeltjesbeeldsnelheidsmeting om hoge-resolutiemetingen te doen van het gecompliceerde stromingsveld stroomafwaarts van een stompe cilinder die met supersonische snelheden beweegt, die representatief is voor een projectiel of een niet-aangedreven raket.

Het experiment werd uitgevoerd in een Mach 2.5-windtunnel in het Gas Dynamics Laboratory in The Grainger College of Engineering in Illinois. Onderzoekers monteerden een groot cilindermodel en dwongen een hogedrukluchttoevoer vermengd met een grote hoeveelheid rookdeeltjes eroverheen.

"We schijnen een laser op de rookdeeltjes om een ​​gewenst gebied te verlichten en dan kunnen we een foto van die deeltjes maken vanuit meerdere hoeken. Door hetzelfde gebied vanuit verschillende perspectieven tegelijkertijd in beeld te brengen, kunnen we alle drie componenten van snelheid meten", zegt promovendus Branden Kirchner. "De beelden zijn met een hoge resolutie van 600 nanoseconden gemaakt.

"Deze techniek stelt ons in staat om tegelijkertijd de snelheid te meten op veel punten die heel dicht bij elkaar liggen, in plaats van het ene punt te meten en dan door te gaan naar het volgende. We hebben nu een kaart van de snelheid door het hele stroomveld als een momentopname."

Kirchner zei de 3, 000 snapshots die zijn gemaakt door vier camera's die op de stroom zijn gericht, bieden metingen met een veel hogere ruimtelijke resolutie dan alle eerdere onderzoeken. Hij zei dat computationalisten die deze stroom bestuderen, baat zullen hebben bij het hebben van deze nieuwe gegevens om te vergelijken met hun simulaties.

Illinois lucht- en ruimtevaarttechniek Professor J. Craig Dutton, co-auteur van de studie, werkt al decennia aan deze gecompliceerde stroom, dezelfde windtunnel gebruiken terwijl hij aan zijn Ph.D. Kirchner zei, "Ik herinner me de eerste keer dat we gegevens namen met deze techniek, Ik liet professor Dutton zien en hij zei:'in 90 seconden heb je meer gegevens verzameld dan we in zes maanden deden.'"

Wanneer de stroom zich van de cilinder scheidt, het creëert een kielzog, zoals wat er vanaf een boot of een vliegtuig volgt. Dat is waar de belangrijke stroomfuncties beginnen, stroomafwaarts van de cilinder, die het lichaam van een raket of projectiel vertegenwoordigt.

"Er is een dunne laag net stroomafwaarts van de scheiding, de afschuiflaag genoemd, waar wrijving tussen langzaam bewegende en snel bewegende lucht echt dominant is, " zei hij. "Deze schuiflaag haalt vloeistofdeeltjes uit het gebied direct achter de cilinderbasis, in een proces dat meesleuren wordt genoemd. Dit proces veroorzaakt zeer lage drukken op de basis van de cilinder, en het is iets dat we momenteel niet goed begrijpen.

Kirchner zei dat het voorbeeld dat hij graag gebruikt om de fysica van wat er in de stroom gebeurt uit te leggen, de tekentechniek is die sommige mensen gebruiken om een ​​beter benzineverbruik op een snelweg te krijgen. Ze rijden met hun auto op een bepaalde afstand achter een semi-vrachtwagen om een ​​lager brandstofverbruik te krijgen.

"De druk direct achter de semi-truck is erg laag, dus als je de voorkant van je auto in de lagedrukzone kunt krijgen en de achterkant in een hogedrukzone, je wordt er echt van geduwd, maar de luchtweerstand op de semi-vrachtwagen is erg hoog vanwege deze lagedrukzone, ' zei Kirchner.

Een beter begrip van hoe de stroming dit lagedrukgebied daadwerkelijk creëert, zou andere onderzoekers de kennis kunnen geven die ze nodig hebben om een ​​manier te bedenken om de druk te veranderen.

"We veranderen niets aan het cilinderlichaam of de voorkant van de cilinder in deze studie, " zei hij. "Maar als we weten welke mechanismen een verandering in de drukverdeling op de basis kunnen veroorzaken en een methode ontwikkelen om die druk te verhogen, we kunnen de luchtweerstand verminderen of een betere richtingscontrole van het voertuig hebben."

De studie, Driecomponententurbulentiemetingen en analyse van een supersonische, Axisymmetrische basisstroom, is geschreven door Branden M. Kirchner, James V. Favale, Gregory S. Elliott, en J. Craig Dutton. Het is gepubliceerd in de AIAA Journaal .