(dr) Virgin Galactic
Resultados surpreendentes de simulações de fluxos de ar hipersónicos poderão ajudar a conceber, num futuro próximo, veículos supersónicos mais fortes, mais rápidos e mais duradouros.
Numa nova investigação, publicada recentemente na Physical Review Fluids, um grupo de engenheiros da Universidade de Illinois Urbana-Champaign (EUA) revelou que o segredo para aumentar a velocidade dos carros está no fluxo de ar em torno de cones em movimento rápido.
A velocidades supersónicas – acima de Mach 5, ou mais de 5 vezes a velocidade do som (6174 quilómetros por hora) – o fluxo de ar à volta da superfície de um veículo torna-se complexo e irregular.
A maioria das simulações assume que o fluxo é simétrico em torno de todo o cone. No entanto, até há pouco tempo, os estudos da transição de aerodinâmico para turbulento só eram possíveis em duas dimensões. Por esse motivo, não se podia ter a certeza de que não existiam assimetrias no fluxo em torno de uma estrutura tridimensional.
Agora, usando o supercomputador Frontera do Centro de Computação Avançada do Texas, uma equipa de engenheiros simulou a forma como o fluxo de ar em torno de um objeto em forma de cone – frequentemente utilizado como modelo simplificado para veículos hipersónicos – se altera em três dimensões a alta velocidade.
Como detalha a Live Science, fez-se o estudo tanto para um cone simples como para um cone duplo – o que ajudou os cientistas a estudar a forma como as ondas de choque múltiplas interagem entre si.
“Seria de esperar que o fluxo à volta do cone fosse constituído por fitas concêntricas, mas notámos quebras no fluxo dentro das camadas de choque, tanto na forma de cone simples como na forma de cone duplo”, explicou o líder do estudo e engenheiro aeroespacial Irmak Taylan Karpuzcu, citado pela mesma revista.
Estas quebras eram particularmente prevalecentes à volta da ponta do cone.
Ou seja, a altas velocidades, a onda de choque fica mais perto do cone, comprimindo as moléculas de ar em camadas instáveis e amplificando as instabilidades no fluxo de ar.
Como explica em comunicado, a equipa confirmou as suas teorias, após executar um programa que seguiu cada molécula de ar simulada e captou a forma como as colisões entre as moléculas afetam o fluxo de ar.
As perturbações pareceram desenvolver-se por mais altas que sejam as velocidades, sublinhou a dupla de engenheiros.
“À medida que se aumenta o número Mach, o choque aproxima-se da superfície e promove estas instabilidades. Seria demasiado dispendioso executar a simulação a todas as velocidades, mas fizemo-la a Mach 6 e não observámos qualquer rutura no fluxo“, afirmou Karpuzcu.
As novas descobertas poderão ajudar os engenheiros a conceber veículos mais fortes e mais rápidos, capazes de suportar as temperaturas, pressões e vibrações extremas – sentidas, por exemplo, durante o voo hipersónico.
