Visualização de fluxo em um túnel de água: observando o vórtice de ponta sobre uma asa delta

Fonte: Jose Roberto Moreto, Gustaaf Jacobs e Xiaofeng Liu, Departamento de Engenharia Aeroespacial, Universidade Estadual de San Diego, San Diego, Califórnia

A asa delta, mostrada na Figura 1D, é um design popular em aviões de alta velocidade devido ao seu excelente desempenho em regimes de voo transônicos e supersônicos. Este tipo de asa tem uma pequena proporção e ângulo de alta varredura, o que reduz o arrasto em regimes de voo subsônicos, transônicos e supersônicos. A proporção é definida como o comprimento da asa dividido pelo acorde médio .

Uma vantagem importante da asa delta é seu ângulo de cabine alta. A cabine de uma asa delta está atrasada em comparação com a parada de uma asa de alta proporção. Isso ocorre porque o elevador de uma asa delta é reforçado pelo vórtice de borda superior sobre a asa.

Uma maneira eficaz de observar esse fenômeno de fluxo de vórtice e estudar a quebra do vórtice em uma asa delta é visualizando o fluxo em um túnel de água. Ao injetar corante no fluxo em torno de um modelo de portas de corante na borda principal, o desenvolvimento e a quebra do vórtice podem ser observados e sua posição medida. Os dados também podem ser usados para estimar o ângulo da cabine.

Figura 1. Formas típicas de planform de asa: A) Retangular, com acordes constantes ao longo do vão, B) elíptico, C) afilado, com acordes variáveis ao longo do vão, e asa delta D, uma asa varrida à popa com razão zero taper.

1. Preparando o túnel de água

Obtenha três recipientes de 500 mL e encha cada recipiente pelo menos meio cheio com corante. Deve haver um recipiente com corante azul, um com corante verde e outro com corante vermelho. A concentração não é importante porque a taxa de fluxo de corante será ajustada em conformidade.
Instale a asa delta em seu suporte no túnel de água. Conecte o suporte de suporte C ao túnel de água com parafusos, mantendo o ângulo de guinada a zero. Veja a F...

A partir do experimento, podemos identificar a quebra do vórtice, como ilustrado na Figura 4. A distância do ápice da asa até a quebra do vórtice pode ser medida usando a escala desenhada na asa (Figura 4B). Durante o experimento, o ângulo de ataque da asa foi aumentado gradualmente, e o local de quebra do vórtice, l_b, em relação ao ápice da asa, foi medido. O local de decomposição, x/c, com relação à borda de trailing da asa foi grafado contra o ângulo...

Usando a visualização de fluxo em um túnel de água, foram identificados os locais de decomposição do vórtice para vários ângulos de ataques em uma asa delta. A visualização de fluxo em um túnel de água é realizada injetando corante em locais específicos do campo de fluxo. O corante segue o fluxo, o que nos permite observar as linhas de fluxo. Este método é semelhante à técnica de visualização da fumaça que é usada em um túnel de vento. No entanto, a capacidade de usar múltiplas cores de corante d...

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