L'ingénieur en aérospatiale Katya Casper est devenue connue pour ses techniques innovantes mesurant les effets de la pression sur les véhicules hypersoniques dans les souffleries des laboratoires nationaux Sandia. Crédit :Randy Montoya
Lorsque vous voyagez à cinq fois la vitesse du son ou plus vite, la moindre turbulence est plus qu'une bosse sur la route, a déclaré l'ingénieur aérospatial de Sandia National Laboratories qui, pour la première fois, a caractérisé l'effet vibrationnel du champ de pression sous l'un de ces minuscules points turbulents hypersoniques.
"Le problème, c'est que ces zones de turbulences sont très rapides et très petites, " a déclaré la chercheuse Katya Casper. " Il y a des milliers de points turbulents à chaque seconde dans le flux hypersonique, et nous avons besoin de techniques très rapides pour étudier leur comportement."
Le champ de pression est essentiel pour comprendre comment des taches turbulentes intermittentes secouent un avion volant à Mach 5 ou plus, dit Casper. Les véhicules hypersoniques sont soumis à des niveaux élevés de pressions fluctuantes et doivent être conçus pour résister aux vibrations qui en résultent.
Tout simplement, pouvoir caractériser et prédire ces points de pression conduit à une meilleure conception des véhicules.
« La compréhension des champs de pression instables est extrêmement importante pour la modélisation des applications de véhicules de vol hypersoniques pour une variété de programmes de sécurité nationale, " a déclaré Basile Hassan, cadre supérieur au bureau du programme scientifique et technologique avancé de Sandia.
"Ce travail de développement de diagnostic avancé forme des ensembles de données uniques pour la découverte fondamentale et la validation de modèle à Sandia et a été utilisé pour améliorer les prévisions de vol pour plusieurs programmes nationaux de vol hypersonique, ", a déclaré Hassan.
L'empreinte de pression d'un point turbulent hypersonique à Mach 6. Lorsque l'air turbulent s'écoule sur un objet, des milliers de tels points se produisent chaque seconde provoquant de fortes vibrations. Crédit :Katya Casper
Au cours des dernières années, Les expériences de Casper sont passées de l'utilisation de capteurs électroniques miniatures à des techniques d'imagerie avancées avec de la peinture sensible à la pression, qui est appliqué à un modèle testé en soufflerie et visualisé par des caméras spécialisées pour mesurer optiquement les fluctuations de pression.
L'American Institute of Aeronautics and Astronautics a récemment cité la percée de Casper dans la caractérisation des taches turbulentes hypersoniques et son travail avec de nouveaux instruments de pression fluctuante lorsqu'elle a annoncé plus tôt cette année qu'elle avait remporté le prix Lawrence Sperry de l'organisation, remis pour des contributions notables dans le domaine par une personne de 35 ans ou moins.
Comment les spots turbulents font vibrer les véhicules hypersoniques
Les expériences de Casper caractérisant les taches turbulentes hypersoniques ont utilisé des techniques de diagnostic innovantes pour donner un aperçu de l'interaction entre les fluctuations de pression et la réponse structurelle du véhicule.
Avec des techniques d'imagerie avancées et des capteurs à grande vitesse, les travaux ont montré que les fluctuations de pression transitoires sont générées par des taches turbulentes intermittentes qui passent en une milliseconde. Au fur et à mesure que les taches grandissent, ils se fondent en une couche entièrement turbulente. Les données capturées par Casper ont contribué à améliorer les simulations informatiques prédictives développées par ses collègues de Sandia.
