Un nouvel ensemble de données améliore la modélisation des écoulements supersoniques autour d’un porte-à-faux


Les pressions extrêmes accompagnent le vol à grande vitesse. Les forces aérodynamiques qui en résultent peuvent entraîner un risque important de déformation des composants du véhicule en mouvement – même au point de déformation aéroélastique – lorsque les solides se comportent davantage comme des liquides. Cela peut compromettre la stabilité ou la contrôlabilité de l’ensemble du véhicule.

Des chercheurs de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign du Département de génie aérospatial, dont Griffin Bojan, BS ’18, MS 21, avec les professeurs Greg Elliott et J. Craig Dutton, ont mené des expériences pour aider à comprendre les interactions fluide/structure dans l’écoulement autour d’un véhicule circulant à grande vitesse.

Greg Elliott a déclaré que la relation entre les réponses structurelles et aérodynamiques non linéaires rend ce problème extrêmement difficile à modéliser par calcul. Et bien que l’interaction fluide-structure à grande vitesse ait fait l’objet de nombreux efforts de recherche, seuls quelques-uns se concentrent sur la déformation des gouvernes.

« Les gens conçoivent et évaluent les poutres en porte-à-faux depuis longtemps », a-t-il déclaré. « Nous avons pris cette configuration classique pour étudier l’interaction fluide/structure en commençant par une géométrie aussi simple, puis nous avons ajouté la complexité d’un écoulement supersonique instable au-dessus de la plaque et d’un écoulement hautement séparé sous la plaque », a-t-il déclaré.

Elliott a déclaré que la région de recirculation sous la plaque a deux flux très complexes qui interagissent.

« Très franchement, nous ne savions pas à quoi ressemblerait cette interaction », a-t-il déclaré. « Maintenant que nous le faisons, nous espérons que cela aidera la communauté informatique. Nous avons créé un ensemble de données expérimentales pour valider leurs modèles, qu’ils modélisent cette configuration de manière complexe ou qu’ils la modélisent en simplifiant le problème. Ces données donneront partenaires de recherche informatique plus confiants que leurs modèles sont corrects. »

L’une des choses qui rend cette recherche unique est que les données ont été recueillies simultanément par plusieurs outils de diagnostic. L’équipe de chercheurs a évalué à la fois une plaque rigide en porte-à-faux et une plaque flexible dans des conditions de Mach 2.

« Simultanément, nous avons pris des données de flux en utilisant la photographie Schlieren à grande vitesse et des données de déformation de plaque en utilisant la corrélation d’image numérique stéréo », a déclaré Elliott. « Nous savions au même instant à quoi ressemblait l’écoulement et à quoi ressemblait la plaque en porte-à-faux. Beaucoup d’autres ont fait l’un ou l’autre, mais c’est l’une des premières fois que ces mesures résolues dans le temps — des mesures structurelles avec des mesures d’écoulement — ont été pris ensemble dans cette configuration. »

Elliott a déclaré qu’un autre aspect unique de cette recherche était d’avoir un ensemble de données complet décrivant le flux sous la plaque en porte-à-faux ainsi que la vitesse.

« Nous ne regardons pas seulement un flux que vous activez, et il a exactement la même apparence à chaque fois », a déclaré Elliott. « C’est un problème très instable – avec les ondes de choc et d’expansion se déplaçant à travers la plaque alors qu’elle se déforme en couplant l’écoulement instable avec la surface.

« L’un des résultats les plus surprenants a probablement été la tridimensionnalité du flux dans la région de recirculation sous la plaque », a-t-il déclaré. « Tout ce qui a créé le problème semblait bidimensionnel, mais pour caractériser correctement le flux, il y a également des changements significatifs sur toute la durée de la plaque. »

Cette recherche a été financée en partie par la branche d’expérimentation à grande vitesse du laboratoire de recherche de l’US Air Force.

Source de l’histoire :

Matériel fourni par Collège d’ingénierie Grainger de l’Université de l’Illinois. Original écrit par Debra Levey Larson. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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