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Pressões extremas vêm com vôo de alta velocidade. As forças aerodinâmicas resultantes podem trazer risco significativo de deformação dos componentes do veículo em movimento – até mesmo ao ponto de deformação aeroelástica – quando os sólidos se comportam mais como líquidos. Isso pode comprometer a estabilidade ou o controle de todo o veículo.
Pesquisadores da University of Illinois Urbana-Champaign no Departamento de Engenharia Aeroespacial, incluindo Griffin Bojan, BS ’18, MS 21, com orientação dos professores Greg Elliott e J. Craig Dutton, conduziram experimentos para ajudar a entender as interações fluido/estrutura no fluxo em torno de um veículo trafegando em alta velocidade.
Greg Elliott disse que a relação entre as respostas estruturais e aerodinâmicas não lineares torna esse problema extremamente difícil de modelar computacionalmente. E embora a interação fluido-estrutura de alta velocidade tenha sido objeto de muitos esforços de pesquisa, apenas alguns se concentram na deformação de superfícies de controle.
“As pessoas projetam e avaliam vigas em balanço há muito tempo”, disse ele. “Pegamos essa configuração clássica para estudar a interação fluido/estrutura começando com uma geometria tão simples, depois adicionamos a complexidade de um fluxo supersônico instável no topo da placa e um fluxo altamente separado sob a placa”, disse ele.
Elliott disse que a região de recirculação abaixo da placa tem dois fluxos muito complexos que estão interagindo.
“Francamente, não sabíamos como seria essa interação”, disse ele. “Agora que o fizemos, esperamos que ajude a comunidade computacional. Criamos um conjunto de dados experimentais para validar seus modelos, sejam eles modelando essa configuração de maneira complexa ou simplificando o problema. Esses dados fornecerão parceiros de pesquisa computacional mais confiança de que seus modelos estão corretos.”
Uma das coisas que torna esta pesquisa única é que os dados foram coletados simultaneamente por várias ferramentas de diagnóstico. A equipe de pesquisadores avaliou uma placa cantilever rígida e uma placa flexível em condições de Mach 2.
“Simultaneamente, coletamos dados de fluxo usando fotografia Schlieren de alta velocidade e dados de deformação de placa usando correlação de imagem digital estéreo”, disse Elliott. “Sabíamos no mesmo instante como era o fluxo e como era a placa cantilever. Muitos outros fizeram um ou outro, mas esta é a primeira vez que essas medições resolvidas temporalmente – medições estruturais com medições de fluxo — foram tomadas juntas nesta configuração.”
Elliott disse que outro aspecto único desta pesquisa foi ter um conjunto de dados completo descrevendo o fluxo sob a placa cantilever junto com a velocidade.
“Não estamos apenas olhando para um fluxo que você liga, e parece exatamente o mesmo o tempo todo”, disse Elliott. “Este é um problema muito instável – com as ondas de choque e expansão se movendo pela placa à medida que ela se deforma, acoplando o fluxo instável à superfície.
“Provavelmente, um dos resultados mais surpreendentes foi a tridimensionalidade do fluxo na região de recirculação sob a placa”, disse ele. “Tudo o que configura o problema parecia bidimensional, mas para caracterizar corretamente o fluxo, também há mudanças significativas ao longo da extensão da placa.”
Esta pesquisa foi financiada em parte pelo Departamento de Experimentação de Alta Velocidade do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea dos EUA.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Faculdade de Engenharia Grainger da Universidade de Illinois. Original escrito por Debra Levey Larson. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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