Investigação experimental da estrutura de fluxo ao longo de uma Asa Delta através de métodos de visualização de fluxo

O objetivo geral deste experimento é observar fluxos vórtices instáveis sobre uma asa delta usando técnicas de visualização e investigar o mecanismo responsável pelas oscilações dos locais de quebra do vórtice de ponta. Este método pode ajudar a responder a questões-chave do fenômeno de fluxo instável de uma asa delta de cilindro, como a oscilação da borda de ataque do local de quebra do vértice. A principal vantagem desta técnica é que o campo de fluxo de vórtice de borda de ataque global em grande escala e as subestruturas celulares de pequena escala podem ser ilustradas simultaneamente.

Comece com o modelo do experimento. Para este experimento, o modelo é uma asa delta de alumínio com 280 milímetros de comprimento. Pegue o modelo para montar no túnel de vento, que é de circuito fechado e baixa velocidade.

Sua seção de teste possui paredes de vidro para permitir o acesso óptico para o experimento. Aqui, a asa delta foi devidamente montada no túnel de vento. Dois lasers podem iluminar as estruturas de fluxo, um laser de pulso duplo de 532 nanômetros durante a velocimetria da imagem de partículas ou um laser de onda contínua de 532 nanômetros durante a visualização do fluxo de fumaça.

Este esquema fornece informações sobre a configuração óptica com o laser contínuo. Uma lente convexa controla o tamanho do feixe de laser. Uma lente cilíndrica expande o feixe para uma folha.

Um espelho reflete a folha de laser no túnel de vento. Use óculos de laser apropriados e comece com o laser contínuo. Por segurança, reduza a transmitância do feixe com um filtro de densidade neutra.

Comece apenas com o laser, o filtro e o espelho no lugar. Ajuste o espelho para introduzir o feixe no túnel de vento. Certifique-se de que a viga cruze o modelo a cerca de 1/4 do comprimento do modelo atrás de sua frente.

Em seguida, instale a lente convexa e a lente cilíndrica. Em seguida, no modelo, meça a linha de laser que o cruza para verificar a espessura da folha de laser. Ajuste a lente convexa conforme necessário.

Pare os ajustes quando a espessura desejada for obtida. Coloque uma placa alvo de calibração na asa delta com sua superfície coincidente com a folha de laser. Com o laser desligado, prossiga para configurar a câmera.

Use uma câmera digital comercial para visualização do fluxo de fumaça e opere-a manualmente. Coloque a câmera para obter o campo de visão desejado e focalize-a na placa alvo de calibração. Quando a câmera estiver pronta, tire vários quadros para fins de calibração.

Em seguida, remova a placa alvo de calibração. Ligue o túnel de vento em baixa velocidade e injete partículas de óleo para assentá-lo uniformemente. Para visualizar o fluxo de fumaça, ligue o túnel de vento na velocidade desejada.

Em seguida, ligue o laser contínuo sem filtro. Na câmera, capture de cinco a 10 instantâneos da estrutura do fluxo. Use as imagens para verificar se a folha de laser está na seção transversal longitudinal do núcleo dos vórtices da borda de ataque.

Esta imagem de exemplo mostra um núcleo de vórtice e subestruturas claras, indicando uma folha de laser bem posicionada. Ajuste as configurações da câmera conforme necessário para a qualidade da imagem e grave imagens e vídeos. Quando terminar, desligue o fluxo de ar e aproxime-se do modelo.

Lá, marque a posição da folha de laser como referência para medições posteriores. Termine desligando o laser e transferindo os dados para o computador. Esta medição requer um laser diferente.

Substitua o laser contínuo pelo laser pulsado. Com o laser ligado, verifique seu caminho e, se necessário, ajuste a lente convexa. Certifique-se de que o feixe cruze o modelo ao longo da linha que marca a posição do laser contínuo.

Além disso, substitua a câmera digital. Em seu lugar, substitua por uma câmera CCD de alta velocidade. Controle a câmera com o sincronizador e o laser de pulso duplo.

Agora, vá para o modelo e identifique uma região onde as estruturas podem ser observadas. Mais uma vez, coloque uma placa alvo de calibração na asa nessa região. Concentre-se na placa de calibração e tire várias fotos.

Remova a placa de calibração antes de continuar. Inicie o software PIV e defina os parâmetros. Inicie o fluxo do túnel de vento na velocidade desejada.

Ajuste o laser para seu nível de potência mais alto. Use o software para iniciar a aquisição de dados por 100 segundos. Se as imagens adquiridas forem aceitáveis, salve-as e continue executando outros casos.

Esta é uma imagem processada da seção transversal longitudinal da visualização do fluxo de fumaça. Há uma escala de 10 milímetros para referência. A imagem revela o núcleo do vórtice primário da borda de ataque, a camada de cisalhamento enrolada com subestruturas vórtices, a quebra do vórtice e a esteira turbulenta.

Este vídeo mostra as oscilações dos locais de quebra do vórtice de ponta nas seções transversais da transferência. A análise dos locais de detalhamento medidos para cada instante indica uma forte interação antissimétrica. Este é um resultado de velocimetria de imagem de partículas com média de tempo que mostra a vorticidade adimensional na seção transversal longitudinal.

O núcleo primário do vórtice pode ser identificado pela linha de inflexão da vorticidade positiva e negativa, marcada pela linha pontilhada preta. As linhas sólidas circundam regiões com a força de turbilhão local menor que zero, indicando vórtices da camada de cisalhamento. Subestrutura adicional é circundada por linhas pontilhadas brancas.

Este resultado de vorticidade de velocimetria de imagem de partícula com média de tempo está na seção transversal do vão. O fluxo se separa da borda de ataque, forma uma camada de cisalhamento e rola para o núcleo do vórtice em ambos os lados da asa. Existem subestruturas vórtices estacionárias dentro das camadas de cisalhamento.

Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em uma hora se for executada adequadamente. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como observar o fenômeno de fluxo instável de uma asa delta de cilindro usando as técnicas de visualização de fluxo mencionadas acima. Não se esqueça de que trabalhar com lasers pode ser extremamente perigoso, e precauções como usar óculos de proteção a laser devem sempre ser tomadas durante a realização de cada experimento.