Bildtekniken har förbättrats avsevärt under de senaste 30 åren. Det har varit ungefär så länge sedan flödet kom från basen av projektiler, som ballistiska missiler, har mätts. Forskare vid Department of Aerospace Engineering vid University of Illinois i Urbana-Champaign använde en modern mätteknik som kallas stereoskopisk partikelbildhastighet för att ta högupplösta mätningar av det komplicerade flödesfältet nedströms en trubbig baserad cylinder som rör sig med överljudshastigheter, som är representativt för en projektil eller en raket utan motor.

Experimentet gjordes i en Mach 2.5 vindtunnel i Gas Dynamics Laboratory i Grainger College of Engineering i Illinois. Forskare monterade en stor cylindermodell och tvingade en högtryckslufttillförsel blandad med en stor mängd rökpartiklar över den.

"Vi lyser med en laser mot rökpartiklarna för att belysa en önskad region och sedan kan vi ta en bild av dessa partiklar från flera vinklar. Genom att avbilda samma region från olika perspektiv samtidigt kan vi mäta alla tre komponenterna i hastigheten", säger doktorand Branden Kirchner. "Bilderna tas med 600 nanosekunders mellanrum i hög upplösning.

"Denna teknik tillåter oss att samtidigt mäta hastighet på många punkter mycket nära varandra, istället för att mäta en punkt och sedan gå vidare till nästa. Vi har nu en karta över hastighet genom hela flödesfältet som en ögonblicksbild i tiden."

Kirchner sa att 3, 000 ögonblicksbilder avbildade av fyra kameror riktade mot flödet ger mycket högre rumslig upplösning än några tidigare studier. Han sa att datoranvändare som studerar detta flöde kommer att dra nytta av att ha dessa nya data att jämföra med sina simuleringar.

Illinois flygteknik professor J. Craig Dutton, medförfattare till studien, har arbetat med detta komplicerade flöde i decennier, använda samma vindtunnel när han arbetade med sin doktorsexamen. Kirchner sa, "Jag kommer ihåg första gången vi tog data med denna teknik, Jag visade professor Dutton och han sa "på 90 sekunder tog du mer data än vad vi brukade ta på sex månader."

När flödet separeras från cylindern, det skapar ett vak, som vad som går från en båt eller ett flygplan. Det är där de viktiga flödesfunktionerna börjar, nedströms cylindern, som representerar kroppen av en raket eller projektil.

"Det finns ett tunt lager precis nedströms separationen, kallas skjuvskiktet, där friktionen mellan långsamt och snabbrörlig luft verkligen är dominerande, " sa han. "Detta skjuvskikt extraherar vätskepartiklar från området omedelbart bakom cylinderbasen, i en process som kallas entrainment. Denna process orsakar riktigt låga tryck på cylinderns bas, och det är något som vi för närvarande inte förstår väl.

Kirchner sa att exemplet han gillar att använda för att förklara fysiken för vad som händer i flödet är ritningstekniken som vissa människor använder för att få bättre bensinkörning på en motorväg. De kör sin bil på ett visst avstånd bakom en semi-truck för att få bättre bränsleekonomi.

"Trycket precis bakom semi-trucken är riktigt lågt, så om du kan få den främre delen av din bil i lågtryckszonen och bakdelen i en högtryckszon, du får faktiskt ut det, men det aerodynamiska motståndet på semi-trucken är mycket högt på grund av denna lågtryckszon, " sa Kirchner.

Att ha en bättre förståelse för hur flödet faktiskt skapar denna lågtrycksregion kan ge andra forskare den kunskap de behöver för att komma på ett sätt att ändra trycket.

"Vi ändrar ingenting längs cylinderkroppen eller cylinderns framsida i denna studie, " sa han. "Men om vi vet vilka mekanismer som kan orsaka en förändring i tryckfördelningen på basen och utveckla en metod för att höja det trycket, vi kan minska luftmotståndet eller få bättre fordonsriktningskontroll."

Studien, Trekomponents turbulensmätningar och analys av ett superljud, Axisymmetriskt basflöde, " skrevs av Branden M. Kirchner, James V. Favale, Gregory S. Elliott, och J. Craig Dutton. Den publiceras i AIAA Journal .