חקירה נסיונית של מבנה הזרימה מעל כנף דלתא באמצעות שיטות הדמיה זרימה

המטרה הכוללת של ניסוי זה היא לצפות בזרימות מערבולת לא יציבות מעל כנף דלתא באמצעות טכניקות הדמיה ולחקור את המנגנון האחראי לתנודות של מיקומי פירוק מערבולת הקצה המוביל. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח של תופעת הזרימה הלא יציבה של כנף דלתא גלילית, כגון תנודה של הקצה המוביל של מיקום התמוטטות הקודקוד. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שניתן להמחיש את שדה זרימת המערבולת בקנה מידה גדול ואת התשתיות התאיות בקנה מידה קטן בו זמנית.

התחל עם המודל לניסוי. עבור ניסוי זה, הדגם הוא כנף דלתא מאלומיניום באורך 280 מילימטרים. קח את הדגם להרכבה במנהרת הרוח, שהיא לולאה סגורה ומהירות נמוכה.

לחלק הבדיקה שלו יש קירות זכוכית כדי לאפשר גישה אופטית לניסוי. כאן, כנף הדלתא הותקנה כראוי במנהרת הרוח. שני לייזרים יכולים להאיר את מבני הזרימה, לייזר כפול 532 ננומטר במהלך מהירות תמונת חלקיקים או לייזר גל רציף 532 ננומטר במהלך הדמיית זרימת עשן.

סכימה זו מספקת מידע על ההגדרה האופטית עם הלייזר הרציף. עדשה קמורה שולטת בגודל קרן הלייזר. עדשה גלילית מרחיבה את הקורה לסדין.

מראה מחזירה את יריעת הלייזר לתוך מנהרת הרוח. הרכיבו משקפי לייזר מתאימים והתחילו עם הלייזר הרציף. למען הבטיחות, צמצם את העברת האלומה באמצעות מסנן צפיפות ניטרלית.

התחל רק עם הלייזר, המסנן והמראה במקומם. כוונן את המראה כדי להכניס את הקרן למנהרת הרוח. ודא שהקרן חוצה את הדגם בערך 1/4 מאורך הדגם מאחורי חזיתו.

לאחר מכן, התקן את העדשה הקמורה ואת העדשה הגלילית. לאחר מכן, במודל, מדוד את קו הלייזר החוצה אותו כדי לבדוק את עובי יריעת הלייזר. כוונן את העדשה הקמורה לפי הצורך.

הפסק את ההתאמות כאשר מתקבל העובי הרצוי. הנח לוחית יעד כיול על כנף הדלתא כשפני השטח שלה חופפים ליריעת הלייזר. כשהלייזר כבוי, המשך להגדרת המצלמה.

השתמש במצלמה דיגיטלית מסחרית להדמיית זרימת עשן והפעל אותה באופן ידני. הנח את המצלמה כדי להשיג את שדה הראייה הרצוי ולמקד אותה על לוחית היעד של הכיול. כאשר המצלמה מוכנה, צלם מספר פריימים למטרות כיול.

לאחר מכן, הסר את לוחית יעד הכיול. הפעל את מנהרת הרוח במהירות נמוכה, והזריק חלקיקי שמן כדי להושיב אותה באופן אחיד. כדי לדמיין את זרימת העשן, הפעל את מנהרת הרוח למהירות הרצויה.

לאחר מכן, הפעל את הלייזר הרציף ללא פילטר. במצלמה, צלם חמש עד 10 תמונות של מבנה הזרימה. השתמש בתמונות כדי לבדוק שיריעת הלייזר נמצאת בחתך האורך של ליבת מערבולות הקצה המוביל.

תמונה לדוגמה זו מציגה ליבת מערבולת ותשתיות ברורות, המציינות יריעת לייזר ממוקמת היטב. התאימו את הגדרות המצלמה לפי הצורך לאיכות התמונה, והקליטו תמונות ווידאו. בסיום, כבה את זרימת האוויר והתקרב לדגם.

שם, סמן את מיקום יריעת הלייזר כהתייחסות למדידות מאוחרות יותר. סיים בכיבוי הלייזר והעברת הנתונים למחשב. מדידה זו דורשת לייזר אחר.

החלף את הלייזר הרציף בלייזר הפועם. כשהלייזר פועל, בדוק את מסלולו, ובמידת הצורך כוונן את העדשה הקמורה. ודא שהקרן חוצה את הדגם לאורך הקו המסמן את מיקום הלייזר הרציף.

כמו כן, החלף את המצלמה הדיגיטלית. במקומו, החלף מצלמת CCD מהירה. שלוט במצלמה באמצעות הסנכרון והלייזר הדופק הכפול.

כעת, עבור למודל וזהה אזור שבו ניתן לצפות במבנים. שוב, הנח לוחית מטרה לכיול על הכנף באזור זה. התמקדו בלוחית הכיול וצלמו מספר תמונות.

הסר את לוחית הכיול לפני שתמשיך. הפעל את תוכנת PIV והגדר את הפרמטרים. התחל את זרימת מנהרת הרוח במהירות הרצויה.

כוונן את הלייזר לרמת ההספק הגבוהה ביותר שלו. השתמש בתוכנה כדי להתחיל ברכישת נתונים למשך 100 שניות. אם התמונות שנרכשו קבילות, שמור אותן והמשך בהפעלת אירועים אחרים.

זוהי תמונה מעובדת של חתך האורך מהדמיית זרימת עשן. יש סולם של 10 מילימטר לעיון. התמונה חושפת את ליבת המערבולת המובילה העיקרית, שכבת הגזירה המתגלגלת עם תשתיות מערבולת, התמוטטות המערבולת וההתעוררות הסוערת.

סרטון זה מציג את התנודות של מיקומי התמוטטות מערבולת הקצה המובילים בחתכי ההעברה. ניתוח מיקומי ההתפלגות הנמדדים עבור כל רגע מצביע על אינטראקציה אנטי-סימטרית חזקה. זוהי תוצאת מהירות תמונת חלקיקים ממוצעת בזמן המציגה את המערבולת חסרת הממד בחתך האורך.

ניתן לזהות את ליבת המערבולת הראשונית על ידי קו ההטיה של המערבולת החיובית והשלילית, המסומנת על ידי הקו המקווקו השחור. קווים מלאים מקיפים אזורים שעוצמת הסיבוב המקומית שלהם נמוכה מאפס, מה שמצביע על מערבולות של שכבת גזירה. תשתית נוספת מוקפת בקווים מקווקוים לבנים.

תוצאת מערבולת המהירות של תמונת החלקיקים הממוצעת בזמן היא בחתך הרוחב. הזרימה נפרדת מהקצה המוביל, יוצרת שכבת גזירה ומתגלגלת לתוך ליבת המערבולת משני צידי הכנף. ישנם תשתיות מערבולת נייחות בתוך שכבות הגזירה.

לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך שעה אחת אם היא מבוצעת כראוי. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד להתבונן בתופעת הזרימה הלא יציבה של כנף דלתא גלילית באמצעות טכניקות הדמיית הזרימה שהוזכרו לעיל. אל תשכח שעבודה עם לייזרים עלולה להיות מסוכנת ביותר, ותמיד יש לנקוט באמצעי זהירות כגון הרכבת משקפי מגן לייזר בעת ביצוע כל ניסוי.