Imageamento de Schlieren: uma técnica para visualizar recursos de fluxo supersônico

Fonte: José Roberto Moreto, Jaime Dorado e Xiaofeng Liu, Departamento de Engenharia Aeroespacial, Universidade Estadual de San Diego, San Diego, CA

Caças militares e projéteis podem voar a velocidades incríveis que excedem a velocidade do som, o que significa que eles estão viajando a uma velocidade supersônica. A velocidade do som é a velocidade em que uma onda sonora se propaga através de um meio, que é de 343 m/s. Os números de mach são usados para medir a velocidade de voo de um objeto em relação à velocidade do som.

Um objeto viajando à velocidade do som teria um mach número de 1.0, enquanto um objeto viajando mais rápido que a velocidade do som tem um número mach maior que 1.0. Os efeitos de compressão do ar devem ser contabilizados ao viajar a tais velocidades. Um fluxo é considerado compressível quando o número mach é maior que 0,3. Nesta demonstração, o fluxo supersônico Mach 2.0 sobre um cone será analisado visualizando a formação de ondas de choque e ondas de compressão em fluxo compressível usando um sistema Schlieren.

1. Visualizando ondas de choque usando um sistema de imagem schlieren

1. Ative as torres secadoras para desidratar o ar. Isso garantirá que o fluxo de ar não contenha umidade, e evitará a formação de gelo quando a temperatura local na seção de teste cair devido ao fluxo supersônico.
2. Abra a seção de teste e fixe o modelo de cone de meio ângulo de 15° à estrutura de suporte.
3. Verifique se a seção de teste está livre de detritos ou outros objetos e, em seguida, feche a seção de tes

Nesta demonstração, um cone com um ângulo meio de 15 graus foi submetido a um fluxo supersônico em Mach 2.0. Na Figura 3, observa-se um velório de choque e um ventilador de expansão sobre o cone. Teoricamente, um choque oblíquo deve se formar na superfície do cone em um ângulo de 33,9°. O ângulo experimental foi medido em 33,6°, como mostra a linha vermelha na Figura 3B. Em comparação com os dados teóricos, o erro percentual foi inferior a 1%. Além disso, esse método de v...

A técnica de imagem schlieren é uma técnica clássica de visualização de fluxo óptico baseada em mudanças de densidade no fluido. É um sistema simples construído com espelhos côncavos, uma ponta de faca, e uma fonte de luz. Com este sistema, características de fluxo supersônico, como ondas de choque e ondas de expansão, podem ser visualizadas. Essa técnica, no entanto, tem limites de sensibilidade para fluxos de baixa velocidade.

O método de imagem schlieren pode ser usado para ...