Испытания прошли в Хэмптоне в трансзвуковой аэродинамической трубе. Объектом стала модель, известная как эталонное сверхкритическое крыло (Benchmark Supercritical Wing). Такие крылья не копируют конкретный самолет: это универсальные модели, на которых сверяют компьютерные расчеты с данными продувок.
NASA испытывает светящуюся краску, чтобы увидеть распределение давления на крыле
В аэродинамической трубе Исследовательского центра Лэнгли NASA впервые испытало чувствительную к давлению краску на крупной свободно движущейся модели крыла в среде с пониженным содержанием кислорода. Под ультрафиолетом покрытие светится розово-фиолетовым, а яркость свечения показывает, с какой силой воздушный поток давит на каждую точку поверхности.
Модель для испытаний обтекания крыла с загнутыми концами, покрытая краской, реагирующей на давление, светится розовым под ультрафиолетом. NASA
Гибкие крылья. Длинное тонкое крыло дает меньшее сопротивление и экономит топливо, но в полете оно изгибается, а значит, меняет обтекание. Главная опасность — это флаттер: колебания крыла и потока усиливают друг друга и могут разрушить конструкцию. Для таких опытов и строилась труба в Лэнгли. Краска показывает давление по всей поверхности в каждый момент, пока крыло гнется, а трубки с датчиками в тонкое гибкое крыло встроить крайне сложно.
Испытания масштабной модели ракеты Space Launch System в масштабе 4% с использованием нестационарной краски, чувствительной к давлению.
Модель покрыли нестационарной чувствительной к давлению краской (uPSP). Яркость ее свечения зависит от того, насколько сильно поток давит на поверхность: чем выше давление, тем темнее участок. Скоростные камеры фиксируют эти изменения, а компьютер переводит яркость в значения давления. Инженеры получают карту давления по всей поверхности, а не набор отдельных точек.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Обычно давление измеряют датчиками, соединенными с тонкими трубками, которые выходят к поверхности через крошечные отверстия. Каждое отверстие дает одно значение, а все, что между ними, приходится восстанавливать математически, по сути интерполируя функцию по редкой сетке узлов. Краска снимает эту проблему: измерительным прибором становится вся поверхность.
Краска для гибких крыльев
Слева: Суперкритическое крыло «Benchmark» без подсветки в нестационарном режиме с использованием краски, чувствительной к давлению, в аэродинамической трубе для трансзвуковых испытаний в Исследовательском центре NASA в Лэнгли. Справа: Суперкритическое крыло «Benchmark» с подсветкой в нестационарном режиме с использованием краски, чувствительной к давлению, во время испытаний в аэродинамической трубе для трансзвуковых испытаний в Исследовательском центре NASA в Лэнгли.
Над внедрением такой краски в испытания самолетов и ракет NASA работает много лет, прежде всего в Лэнгли и в Исследовательском центре Эймса в Кремниевой долине. Слово «нестационарная» здесь ключевое: обычная краска показывает картину спокойного обтекания, а новая позволяет разглядеть быстрые колебания давления в турбулентном потоке.
Новизна нынешнего опыта в том, что методику впервые применили к крупной модели, свободно движущейся в потоке, да еще в среде с низким содержанием кислорода. Это непросто: свечение краски гасит именно кислород. Провести эксперимент позволили уникальные возможности трубы Лэнгли.
Следующий шаг — испытания моделей с гибкими крыльями, которые в полете изгибаются под нагрузкой и подстраиваются под условия обтекания для экономичности. Полученные данные лягут в основу более точных компьютерных моделей, а в конечном счете — новых летательных аппаратов.
Загружаем