การมองอย่างใกล้ชิดเกี่ยวกับการไหลของอากาศรอบ ๆ รูปร่างความเร็วสูงเผยให้เห็นความปั่นป่วนที่น่าประหลาดใจ ผลการวิจัยตีพิมพ์ 7 มีนาคมในวารสาร ของเหลวทบทวนทางกายภาพสามารถแจ้งการออกแบบยานพาหนะความเร็วสูงในอนาคต
ในการศึกษานักวิจัยใช้แบบจำลองสามมิติเพื่อเปิดเผยการรบกวนที่ไม่คาดคิดรอบกรวยที่เคลื่อนไหวเร็ว
ที่ความเร็ว hypersonic - เหนือมัค 5 หรือมากกว่า 5 เท่าความเร็วของเสียง (3,836 ไมล์ต่อชั่วโมงหรือ 6,174 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) - การไหลของอากาศรอบ ๆ พื้นผิวของยานพาหนะนั้นซับซ้อนและเป็นหลุมเป็นบ่อ การจำลองส่วนใหญ่สมมติว่าการไหลนั้นมีความสมมาตรรอบ ๆ กรวยทั้งหมด แต่จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้การศึกษาการเปลี่ยนแปลงจากความคล่องตัวเป็นปั่นป่วนเป็นไปได้ในสองมิติดังนั้นเราจึงไม่สามารถมั่นใจได้ว่าไม่มีความไม่สมดุลใด ๆ ในโครงสร้างสามมิติ
การค้นพบนี้สามารถช่วยวิศวกรออกแบบยานพาหนะที่แข็งแกร่งขึ้นเร็วขึ้นสามารถทนต่ออุณหภูมิที่รุนแรงแรงกดดันและการสั่นสะเทือนในระหว่างเที่ยวบินที่มีความโดดเด่น
"กระแสการเปลี่ยนแปลงเป็น 3 มิติและไม่มั่นคงในธรรมชาติโดยไม่คำนึงถึงรูปทรงเรขาคณิตการไหล" ผู้ร่วมเขียนการศึกษาIrmak Taylan Karpuzcuวิศวกรการบินและอวกาศที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์เออร์บานา-แชมเพนกล่าวในก คำแถลง- "การทดลองได้ดำเนินการใน 3D ในช่วงต้นยุค 2000 [แต่พวกเขา] ไม่ได้ให้ข้อมูลเพียงพอที่จะกำหนดเอฟเฟกต์ 3 มิติหรือความไม่มั่นคงเพราะมีเซ็นเซอร์ไม่เพียงพอรอบ ๆ รูปแบบรูปกรวยมันไม่ผิด
การใช้ Frontera Supercomputer ที่ Texas Advanced Computing Center, Karpuzcu และวิศวกรการบินและอวกาศ เดโบราห์เลวินจำลองว่าอากาศไหลไปรอบ ๆ วัตถุรูปกรวย-มักใช้เป็นแบบจำลองที่ง่ายสำหรับยานพาหนะที่มีความสูง-การเปลี่ยนแปลงในสามมิติที่ความเร็วสูง พวกเขาศึกษาทั้งกรวยเดี่ยวและกรวยคู่ซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ศึกษาว่าคลื่นกระแทกหลายครั้งมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไร
“ โดยปกติคุณคาดหวังว่าการไหลรอบกรวยจะเป็นริบบิ้นศูนย์กลาง แต่เราสังเกตเห็นการแตกในการไหลภายในชั้นช็อกทั้งในรูปทรงกรวยเดี่ยวและคู่” Karpuzcu กล่าว
การพักเหล่านี้เป็นที่แพร่หลายโดยเฉพาะอย่างยิ่งรอบปลายกรวย ด้วยความเร็วสูงคลื่นกระแทกจะอยู่ใกล้กับกรวยมากขึ้นทำให้โมเลกุลของอากาศบีบเป็นชั้นที่ไม่เสถียรและขยายความไม่แน่นอนในการไหลเวียนของอากาศ ทีมยืนยันการค้นพบของพวกเขาโดยใช้โปรแกรมที่ติดตามโมเลกุลอากาศจำลองแต่ละตัวและจับภาพการชนระหว่างโมเลกุลที่มีผลต่อการไหลของอากาศ
การรบกวนก็ดูเหมือนจะพัฒนาด้วยความเร็วสูง “ เมื่อคุณเพิ่มหมายเลขมัคความตกใจจะเข้าใกล้พื้นผิวมากขึ้นและส่งเสริมความไม่แน่นอนเหล่านี้มันจะแพงเกินไปที่จะใช้การจำลองในทุก ๆ ความเร็ว แต่เราวิ่งที่มัค 6 และไม่เห็นการหยุดพัก” Karpuzcu กล่าว
การหยุดพักอาจส่งผลกระทบต่อการพิจารณาการออกแบบสำหรับยานยนต์ที่มีความสูงซึ่งสามารถใช้สำหรับการขนส่งอาวุธและการขนส่ง Karpuzcu กล่าวในขณะที่วิศวกรจะต้องบัญชีสำหรับความไม่ต่อเนื่องที่สังเกตได้ใหม่
