La tecnologia di imaging è notevolmente migliorata negli ultimi 30 anni. È passato così tanto tempo da quando il flusso che si staccava dalla base dei proiettili, come missili balistici, è stato misurato. I ricercatori del Dipartimento di ingegneria aerospaziale dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno utilizzato una moderna tecnica di misurazione chiamata velocimetria a immagine di particelle stereoscopiche per effettuare misurazioni ad alta risoluzione del complicato campo di flusso a valle di un cilindro smussato che si muove a velocità supersoniche, che è rappresentativo di un proiettile o di un razzo non potenziato.

L'esperimento è stato condotto in una galleria del vento Mach 2.5 nel Gas Dynamics Laboratory del Grainger College of Engineering dell'Illinois. I ricercatori hanno montato un grande modello di cilindro e hanno forzato una fornitura d'aria ad alta pressione mista a una grande quantità di particelle di fumo attraverso di essa.

"Spingiamo un laser sulle particelle di fumo per illuminare una regione desiderata e quindi possiamo scattare una foto di quelle particelle da più angolazioni. Imaging della stessa regione da diverse prospettive contemporaneamente ci consente di misurare tutte e tre le componenti della velocità", ha affermato il dottorando Branden Kirchner. "Le immagini sono prese a distanza di 600 nanosecondi ad alta risoluzione.

"Questa tecnica ci permette di misurare simultaneamente la velocità in molti punti molto vicini tra loro, invece di misurare un punto e poi passare a quello successivo. Ora abbiamo una mappa della velocità in tutto il campo di flusso come un'istantanea nel tempo".

Kirchner ha detto il 3, 000 istantanee riprese da quattro telecamere puntate sul flusso forniscono misurazioni di risoluzione spaziale molto più elevate rispetto a qualsiasi studio precedente. Ha detto che i computazionalisti che studiano questo flusso trarranno beneficio dall'avere questi nuovi dati da confrontare con le loro simulazioni.

Professore di ingegneria aerospaziale dell'Illinois J. Craig Dutton, coautore dello studio, ha lavorato su questo flusso complicato per decenni, utilizzando la stessa galleria del vento mentre lavorava al suo dottorato. Kirchner ha detto, "Ricordo la prima volta che abbiamo preso i dati usando questa tecnica, Ho mostrato al professor Dutton e mi ha detto 'in 90 secondi hai preso più dati di quanti ne prendevamo in sei mesi'".

Quando il flusso si separa dal cilindro, crea una scia, come quello che esce da una barca o da un aereo. È qui che iniziano le importanti funzionalità di flusso, a valle del cilindro, che rappresenta il corpo di un razzo o proiettile.

"C'è uno strato sottile appena a valle della separazione, chiamato strato di taglio, dove l'attrito tra aria lenta e aria veloce è davvero dominante, " ha detto. "Questo strato di taglio estrae particelle fluide dalla regione immediatamente dietro la base del cilindro, in un processo chiamato trascinamento. Questo processo provoca pressioni molto basse sulla base del cilindro, ed è qualcosa che attualmente non capiamo bene.

Kirchner ha detto che l'esempio che gli piace usare per spiegare la fisica di ciò che sta accadendo nel flusso è la tecnica di disegno che alcune persone usano per migliorare il chilometraggio del gas in autostrada. Guidano la loro auto a una certa distanza dietro un semirimorchio per ottenere un miglior risparmio di carburante.

"La pressione dietro il semirimorchio è davvero bassa, quindi se riesci a portare la parte anteriore della tua auto nella zona di bassa pressione e la parte posteriore in una zona di alta pressione, in realtà ne vieni spinto fuori, ma la resistenza aerodinamica sul semirimorchio è molto alta a causa di questa zona di bassa pressione, " ha detto Kirchner.

Avere una migliore comprensione di come il flusso crea effettivamente questa regione di bassa pressione potrebbe fornire ad altri ricercatori le conoscenze di cui hanno bisogno per trovare un modo per cambiare la pressione.

"Non stiamo cambiando nulla lungo il corpo del cilindro o la parte anteriore del cilindro in questo studio, " ha detto. "Ma se sappiamo quali meccanismi potrebbero causare un cambiamento nella distribuzione della pressione sulla base e sviluppare un metodo per aumentare quella pressione, possiamo diminuire la resistenza o avere un migliore controllo direzionale del veicolo."

Lo studio, Misure di turbolenza a tre componenti e analisi di un supersonico, Flusso di base assialsimmetrico, " è stato scritto da Branden M. Kirchner, Giacomo V. Favale, Gregory S. Elliott, e J.Craig Dutton. È pubblicato in Giornale AIAA .