Moverse por el agua puede ser un lastre, pero el uso de burbujas de supercavitación puede reducir ese arrastre y aumentar la velocidad de los vehículos submarinos. A veces, estas burbujas producen un viaje lleno de baches, pero ahora un equipo de ingenieros del Laboratorio de Investigación Aplicada de Penn State tiene unenfoque que suaviza el viaje y estabiliza la burbuja.
En la supercavitación, una burbuja de gas abarca un vehículo submarino que reduce la fricción y permite altas velocidades a través del agua.
"Básicamente, la supercavitación se usa para reducir significativamente la resistencia y aumentar la velocidad de los cuerpos en el agua", dijo Grant M. Skidmore, reciente receptor de doctorado de Penn State en ingeniería aeroespacial. "Sin embargo, a veces estos cuerpos pueden quedar atrapados en unmodo pulsante, causando un problema con la estabilidad y el ruido "
Para crear la burbuja alrededor de un vehículo, se introduce aire en la parte delantera y se expande hacia atrás para encerrar todo el objeto. Sin embargo, a veces la burbuja se contrae, permitiendo que parte del vehículo se moje. La expansión y contracción periódicas de la burbujase conoce como pulsación y es la fuente de la inestabilidad y el ruido.
"Reducirse y expandirse no es bueno", dijo Timothy A. Brungart, investigador asociado senior de ARL y profesor asociado de acústica. "Primero analizamos el problema en papel y luego experimentalmente".
Los investigadores primero exploraron el problema analíticamente, lo que sugirió una solución, pero luego la verificación con un experimento no fue simple. El resultado ideal para la supercavitación es que la burbuja de gas se forma, abarca todo el vehículo y sale por detrás, disipando la burbuja en gemelovórtices. Otro esquema aceptable de salida de gas es un chorro reentrante en el que parte del gas descargado se invierte y vuelve a entrar en la cavidad, pero se debe evitar la pulsación. Los investigadores informan los resultados de su análisis analítico y experimentación en línea en el Revista internacional de flujo multifásico .
"Es más fácil estudiar este problema en el laboratorio que en aguas abiertas", dijo Michael J. Moeny, ingeniero de investigación sénior en ARL. "Hay cuencas de remolque donde puede arrastrar modelos, pero es más difícil observar quéestá sucediendo que en un túnel de agua y las corridas experimentales son cortas debido a los tamaños de las cuencas ".
Los investigadores de ARL decidieron usar el túnel de agua de 12 pulgadas de diámetro del túnel de agua Garfield Thomas para probar sus cálculos numéricos.
"El túnel de agua era la forma más fácil de observar el experimento", dijo Brungart. "Pero no es el lugar más fácil para crear la pulsación".
No se había creado una burbuja de supercavitación y hacer que pulsara para detener las pulsaciones dentro de un tubo de túnel de agua de paredes rígidas.
"Eventualmente aumentamos el gas muy alto y luego bajamos para obtener pulsación", dijo Jules W. Lindau, investigador asociado senior de ARL y profesor asociado de ingeniería aeroespacial. "Fue un desafío porque las paredes del túnel estánmuy cerca. Otros no pudieron obtener pulsaciones en un túnel cerrado. Eso es lo que hicimos "
Una vez que pudieron crear de manera predecible los fenómenos en el túnel de agua, tuvieron que aplicar su solución numérica al modelo experimental. Descubrieron que una vez que tenían supercavitación con pulsación, podían alternar aumentando el flujo de aire y disminuyendo el flujo de aire ende forma sinusoidal y, en muchos casos, la pulsación se detendría. La cantidad y la tasa de variación del flujo de aire no se correlacionan con una sola frecuencia de pulsación, pero pueden calmar un rango de estados de pulsación.
Los investigadores informaron que "a pesar del hecho de que la modulación de la tasa de ventilación fue efectiva para suprimir la pulsación en un amplio rango de frecuencias, no todas las frecuencias de modulación resultaron en una transición al régimen de cierre de vórtice gemelo".las modulaciones que no dieron como resultado el vórtice gemelo deseado, alteraron la frecuencia de la pulsación.
Los investigadores señalan que la supercavitación exitosa puede reducir la resistencia en los vehículos submarinos lo suficiente como para aumentar la velocidad unas 10 veces.
"La tecnología de supercavitación podría eventualmente permitir el transporte supersónico subacuático a alta velocidad", dijo Moeny. "Puede ser la única forma de obtener la velocidad. Sin la tecnología no hay forma de controlar la cavitación que resulta de esas velocidades".
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Materiales proporcionados por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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