Kendaraan supersonik bisa menjadi lebih kuat, lebih cepat dan lebih tahan lama berkat temuan baru
Pandangan dekat pada aliran udara di sekitar bentuk berkecepatan tinggi mengungkapkan turbulensi yang mengejutkan, menurut sebuah studi baru. Temuan, diterbitkan 7 Maret di jurnal Cairan Tinjauan Fisikdapat menginformasikan desain kendaraan berkecepatan tinggi di masa depan.
Dalam penelitian ini, para peneliti menggunakan simulasi tiga dimensi untuk mengungkapkan gangguan yang tidak terduga di sekitar kerucut yang bergerak cepat.
Pada kecepatan hipersonik – di atas Mach 5, atau lebih dari 5 kali kecepatan suara (3.836 mph atau 6.174 kilometer per jam) – aliran udara di sekitar permukaan kendaraan menjadi kompleks dan bergelombang. Sebagian besar simulasi mengasumsikan bahwa alirannya simetris di sekitar seluruh kerucut, tetapi sampai saat ini, studi transisi dari ramping ke turbulen hanya mungkin dalam dua dimensi sehingga kami tidak dapat memastikan bahwa tidak ada asimetri dalam aliran di sekitar struktur tiga dimensi.
Temuan ini dapat membantu para insinyur merancang kendaraan yang lebih kuat, lebih cepat yang mampu menahan suhu ekstrem, tekanan, dan getaran yang dirasakan selama penerbangan hipersonik.
“Aliran transisi adalah 3D dan tidak stabil di alam, terlepas dari geometri aliran,” rekan penulis studi Irmak Taylan Karpuzcuseorang insinyur dirgantara di University of Illinois Urbana-Champaign, mengatakan dalam a penyataan. “Eksperimen dilakukan pada 3D pada awal 2000 -an [but they] Tidak memberikan data yang cukup untuk menentukan efek 3D atau ketidakstabilan karena tidak ada cukup sensor di sekitar model berbentuk kerucut. Itu tidak salah. Itu hanya semua yang mungkin terjadi saat itu. “
Menggunakan Superkomputer Frontera di Texas Advanced Computing Center, Karpuzcu dan Aerospace Engineer Deborah Levin disimulasikan bagaimana aliran udara di sekitar objek berbentuk kerucut-sering digunakan sebagai model yang disederhanakan untuk kendaraan hipersonik-perubahan dalam tiga dimensi dengan kecepatan tinggi. Mereka mempelajari kerucut tunggal dan kerucut ganda, yang membantu para ilmuwan mempelajari bagaimana beberapa gelombang kejut berinteraksi satu sama lain.
“Biasanya, Anda akan mengharapkan aliran di sekitar kerucut menjadi pita konsentris, tetapi kami melihat istirahat dalam aliran dalam lapisan kejut baik dalam bentuk kerucut tunggal dan ganda,” kata Karpuzcu.
Istirahat ini sangat lazim di sekitar ujung kerucut. Pada kecepatan tinggi, gelombang kejut terletak lebih dekat ke kerucut, meremas molekul udara menjadi lapisan yang tidak stabil dan memperkuat ketidakstabilan di aliran udara. Tim mengkonfirmasi temuan mereka dengan menjalankan program yang melacak setiap molekul udara yang disimulasikan dan menangkap bagaimana tabrakan antara molekul mempengaruhi aliran udara.
Gangguan juga tampaknya berkembang dengan kecepatan tinggi. “Ketika Anda meningkatkan nomor Mach, guncangan semakin dekat ke permukaan dan mempromosikan ketidakstabilan ini. Akan terlalu mahal untuk menjalankan simulasi di setiap kecepatan, tetapi kami menjalankannya di Mach 6 dan tidak melihat istirahat dalam aliran,” kata Karpuzcu.
Istirahat dapat memengaruhi pertimbangan desain untuk kendaraan hipersonik, yang dapat digunakan untuk pengiriman, senjata dan transportasi, kata Karpuzcu, karena para insinyur perlu memperhitungkan diskontinuitas yang baru diamati.
