Visualização de Escoamento em Voo

Olá! Nesse artigo vamos tratar de dois tipos de visualização de escoamento em voo: tufts e injeção de tinta! Apertem os cintos e preparem-se para decolar rumo ao conhecimento técnico e aplicável!

Tufts

Iniciaremos a apresentação das técnicas para visualização em voo da direção do escoamento e separação de camada limite. Utilizaremos para tanto, imagens e vídeos obtidos durante os ensaios do F-18 Horner conduzidos pelo centro de pesquisa em voos NASA Dryden, denominado High Angle-of-Attack Research Vehicle (HARV).

As técnicas de visualização de voo são de extrema importância quando se deseja investigar algum fenômeno observado em voo que esteja relacionado ao escoamento aerodinâmico. O objetivo do estudo muitas vezes pode estar relacionado a algumas diferenças entre voo e túnel, condições não cobertas durante os ensaios de túnel e/ou rodadas CFD, etc., que acabam aparecendo durantes os ensaios.

Provavelmente a técnica mais simples e mais utilizada seja a aplicação de tufts (pequenos fios de lã, nylon etc.) nas superfícies que se deseja investigar.  Porém a identificação da topologia do escoamento na superfície não é uma tarefa fácil, exigindo experiência e boas imagens para a investigação. A Figura 3 apresenta a topologia correspondente ao escoamento da Figura 2.

Aprender a identificar o link entre a topologia do escoamento na aeronave e o resultado esperado na dinâmica (a partir dos coeficientes de forças e momentos resultantes) é com certeza um diferencial para o Eng. de Mecânica de Voo.

Injeção de tinta

A técnica de visualização de escoamentos através de injeção de tinta é feita através da injeção de tinta na própria superfície da aeronave em voo durante uma grande estabilização no ponto de desejado. Essa técnica utiliza um solvente e um pigmento. O solvente por ser volátil, evapora rapidamente, deixando o rastro da tinta impresso na superfície da aeronave. Dada a complexidade da utilização, por ser necessário modificação na aeronave para instalação do sistema injetor de fluido, é uma técnica mais adequada para ensaios de pesquisa. Uma das grandes vantagens é alta fidelidade das imagens geradas em relação à física do escoamento e possibilidade de se investigar os resultados em solo. Porém algumas das desvantagens são que cada visualização necessita de um voo dedicado, além disso requerem grandes estabilizações nas condições de voo desejadas.

As imagens são dos ensaios em voo do F-18 Horner em alto ângulo de ataque (as imagens foram geradas com 26 graus de AOA) conduzidos pelo centro de pesquisa em voos NASA Dryden, denominado High Angle-of-Attack Research Vehicle (HARV). Para a geração das imagens apresentadas foram necessárias estabilizações em ângulo de ataque de 75 a 90 segundos.

A Foto 2 apresenta uma análise do escoamento indicando as principais regiões de descolamento e recolamento da camada limite na seção dianteira da fuselagem.

Foto 1: Emitted Fluid Technique – AOA = 26 graus

Foto 2: Análise do escoamento

Fonte: Bjarke, L. J. et al. A Summary of the Forebody HighAngle-of-Attack Aerodynamics Research on the F-18 and the X-29A Aircraft, NASA TM-104261, NASA, 1992

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