La technologie de l'imagerie s'est considérablement améliorée au cours des 30 dernières années. Cela fait à peu près si longtemps que le flux s'échappant de la base des projectiles, tels que les missiles balistiques, a été mesuré. Des chercheurs du département d'ingénierie aérospatiale de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont utilisé une technique de mesure moderne appelée vélocimétrie par image de particules stéréoscopique pour prendre des mesures à haute résolution du champ d'écoulement compliqué en aval d'un cylindre à base émoussée se déplaçant à des vitesses supersoniques, qui est représentatif d'un projectile ou d'une fusée non motorisée.

L'expérience a été réalisée dans une soufflerie à Mach 2,5 dans le laboratoire de dynamique des gaz du Grainger College of Engineering de l'Illinois. Les chercheurs ont monté un grand modèle de cylindre et ont forcé une alimentation en air à haute pression mélangée à une grande quantité de particules de fumée à travers celui-ci.

"Nous dirigeons un laser sur les particules de fumée pour éclairer une région souhaitée, puis nous pouvons prendre une photo de ces particules sous plusieurs angles. Imager la même région sous différents angles nous permet simultanément de mesurer les trois composantes de la vitesse", a déclaré Branden, doctorant. Kirchner. "Les images sont prises à 600 nanosecondes d'intervalle à haute résolution.

"Cette technique nous permet de mesurer simultanément la vitesse en de nombreux points très proches les uns des autres, au lieu de mesurer un point puis de passer au suivant. Nous avons maintenant une carte de la vitesse à travers le champ d'écoulement comme un instantané dans le temps."

Kirchner a dit le 3, 000 instantanés imagés par quatre caméras dirigées vers l'écoulement fournissent des mesures de résolution spatiale beaucoup plus élevées que toutes les études précédentes. Il a déclaré que les informaticiens qui étudient ce flux bénéficieront de ces nouvelles données à comparer avec leurs simulations.

Le professeur de génie aérospatial de l'Illinois J. Craig Dutton, co-auteur de l'étude, travaille sur ce flux compliqué depuis des décennies, utilisant la même soufflerie tout en travaillant sur son doctorat. Kirchner a dit, "Je me souviens de la première fois que nous avons pris des données en utilisant cette technique, J'ai montré au professeur Dutton et il m'a dit 'en 90 secondes, vous avez pris plus de données que nous n'en prenions en six mois.'"

Lorsque le flux se sépare du cylindre, il crée un sillage, comme ce qui traîne d'un bateau ou d'un avion. C'est là que les fonctions de flux importantes commencent, en aval du cylindre, qui représente le corps d'une fusée ou d'un projectile.

"Il y a une fine couche juste en aval de la séparation, appelée couche de cisaillement, où la friction entre l'air lent et l'air rapide est vraiment dominante, " dit-il. " Cette couche de cisaillement extrait les particules fluides de la région immédiatement derrière la base du cylindre, dans un processus appelé entraînement. Ce processus provoque de très faibles pressions à la base du cylindre, et c'est quelque chose que nous ne comprenons pas bien actuellement.

Kirchner a déclaré que l'exemple qu'il aime utiliser pour expliquer la physique de ce qui se passe dans le flux est la technique de dessin que certaines personnes utilisent pour obtenir une meilleure consommation d'essence sur une autoroute. Ils conduisent leur voiture à une certaine distance derrière un semi-camion pour obtenir une meilleure économie de carburant.

"La pression juste derrière le semi-camion est vraiment faible, donc si vous pouvez placer l'avant de votre voiture dans la zone à basse pression et l'arrière dans une zone à haute pression, tu en es vraiment expulsé, mais la traînée aérodynamique sur le semi-camion est très élevée à cause de cette zone de basse pression, " a déclaré Kirchner.

Une meilleure compréhension de la façon dont le flux crée réellement cette région de basse pression pourrait donner à d'autres chercheurs les connaissances dont ils ont besoin pour trouver un moyen de changer la pression.

"Nous ne changeons rien le long du corps du cylindre ou de l'avant du cylindre dans cette étude, " dit-il. " Mais si nous savons quels mécanismes pourraient provoquer un changement dans la répartition de la pression sur la base et développer une méthode pour augmenter cette pression, nous pouvons réduire la traînée ou avoir un meilleur contrôle directionnel du véhicule."

L'étude, Mesures de turbulence à trois composantes et analyse d'un supersonique, Flux de base axisymétrique, " a été écrit par Branden M. Kirchner, James V. Favale, Gregory S. Elliott, et J. Craig Dutton. Il est publié dans le Journal de l'AIAA .