Quando un uccello in volo atterra, esegue una rapida manovra di beccheggio durante il processo di posatoio per evitare di superare il ramo o il cavo telefonico. In aerodinamica, quell'azione produce un fenomeno complesso noto come stallo dinamico. Sebbene molti velivoli ad ala fissa possano resistere a simili manovre di beccheggio rapido, un veicolo soggetto a questo processo di stallo dinamico non è controllabile in modo affidabile. Motivato dalla mancanza di una comprensione dettagliata, I ricercatori dell'Università dell'Illinois hanno approfondito la fisica dello stallo dinamico in modo che possa essere utilizzato in modo vantaggioso e affidabile dagli aerei.

"Ci sono complesse strutture di flusso di turbolenza in gioco. Sappiamo che un grande vortice si forma sul bordo anteriore dell'ala e porta ad aumenti molto grandi di portanza e di resistenza. Dopo che il vortice di stallo dinamico lascia le vicinanze dell'ala , c'è un forte calo della portanza e un aumento della resistenza e ci rimane un campo di flusso molto difficile da controllare, " ha detto Phillip Ansell, assistente professore presso il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale del College of Engineering presso l'U di I.

Ansell ha detto che il problema è stato studiato a basse velocità, noto anche come numeri di Reynolds bassi. I numeri di Reynolds si riferiscono alla relazione tra quanto velocemente sta andando l'ala, la dimensione dell'ala, e la viscosità del flusso d'aria intorno ad esso. In questo studio, lui e il suo studente laureato Rohit Gupta hanno guardato a velocità più elevate, ancora subsonico, ma un ordine di grandezza superiore alla velocità del volo degli uccelli o degli insetti. A velocità più elevate il processo diventa notevolmente disorganizzato e difficile da capire.

Un componente dello studio ha coinvolto esperimenti in galleria del vento utilizzando un profilo alare, che è una sezione trasversale dell'ala. La forma del profilo aerodinamico è stata allungata da parete a parete attraverso la galleria del vento.

"Il motore viene utilizzato nei test in galleria del vento per produrre un movimento di beccheggio molto rapido del profilo alare. Abbiamo misurato la pressione con trasduttori ad alta frequenza su tutta la superficie. Da ciò abbiamo caratterizzato alcuni dei dettagli molto fini delle oscillazioni di pressione che accadere durante questo processo altamente instabile, " Ha detto Ansell. "Abbiamo anche usato un laser ad alta velocità e un sistema di telecamere per misurare la velocità del flusso per ottenere l'intera mappa delle misurazioni su tutta la superficie e come il flusso si evolve nel tempo".

Ansell ha affermato che uno dei punti focali di questo studio è stato comprendere la turbolenta fluttuazione del flusso d'aria, la frequenza di tale fluttuazione, e la scala spaziale e la dimensione di tali fluttuazioni.

"Abbiamo osservato che le strutture dinamiche del vortice di stallo che vediamo a basse velocità, non vediamo allo stesso modo alle alte velocità. Nel vortice a velocità più elevate sono invece presenti minuscole strutture di flusso. Il vortice è costellato di caratteristiche su piccola scala nel flusso. Quindi questo vortice classico non si comporta come una struttura gigante. In realtà è composto da piccoli vortici istantanei su piccola scala che agiscono collettivamente insieme per comportarsi come una scala più grande. Questa è una parte della fisica che stiamo ancora cercando di avvolgere nel nostro cervello".

Secondo Ansell, l'obiettivo è testare i numeri di Reynolds fino a un milione per sapere a che punto le caratteristiche del vortice su larga scala iniziano a comportarsi nei minuscoli vortici multipli. Per confronto, un 737 opera a circa 20 milioni.

Nel comprendere la fisica di ciò che sta accadendo nel flusso, Ansell ha affermato che possono esaminare modi per interagire e controllarlo al fine di ottenere le caratteristiche desiderabili su scala più ampia e utilizzarlo in modo vantaggioso.

Un'applicazione potrebbe essere quella di far atterrare un aereo su una pista di atterraggio più corta.

"Ho bisogno di sapere quando si formerà quel vortice e otterrò quell'aumento di sollevamento e poi farlo persistere in qualche modo sulla superficie per darmi una maggiore capacità di sollevamento per, dire, atterrare su una portaerei. In altri casi potrei voler impedire del tutto la formazione del vortice, e ci sono modi in cui posso usare l'attuazione per interagire con il flusso e prevenire l'emergere del vortice e il processo di stallo dinamico che accada, " ha detto Ansel.

Lo studio, "Fisica del flusso instabile dello stallo dinamico del profilo aerodinamico, " è stato scritto da Rohit Gupta e Phillip Ansell. Appare nel Giornale AIAA .