Transsonische lucht zichtbaar met 10.000 opnamen per seconde

Vliegtuigontwerpers willen graag precies weten hoe de luchtstroom rondom hun toestellen is. Dat stelt ze in staat om hun geesteskinderen zo efficiënt en zo goed mogelijk te maken. Steeds vaker worden hiervoor complexe computerprogramma's gebruikt. Maar die zijn niet in staat om alle aërodynamische vraagstukken bevredigend op te lossen. De windtunnel blijft onmisbaar. Aan de TU Delft is nu een methode ontwikkeld om in een windtunnel de luchtstroom boven deltavleugels in een transsonische luchtstroom beter zichtbaar te maken. (Delft Integraal no 5)

Een luchtstroom is transsonisch als een deel van de luchtstroom langzamer beweegt dan de geluidssnelheid en een ander deel sneller. Dit effect treedt bij deltavleugels frequent op. Het wordt veroorzaakt doordat de luchtdruk onder de vleugel groter is dan die erboven. Het drukverschil doet een vortex (werveling) ontstaan, die begint aan de voorrand van de vleugel en zich als een kurketrekker boven de vleugel voortzet. Deze vortex versnelt de luchtstroom, waardoor de luchtdruk daalt. Het verschil in luchtdruk neemt dus toe, zodat de vleugel een grotere draagkracht levert.

Het probleem is dat de vortex onder bepaalde condities uiteen valt, waardoor de draagkracht afneemt. De oplossing van dit probleem is vooral van belang voor gevechtsvliegtuigen. Zonder deze vortex breakdown zijn zij beter manoeuvreerbaar.

Computersimulaties van de vortex geven niet voldoende inzicht in het ontstaan van de breakdown. Dat komt ten dele doordat er verschijnselen optreden die niet met de wiskundige vergelijkingen voor stromingen, de Navier-Stokes vergelijkingen, zijn te beschrijven. Windtunnelonderzoek was tot nu toe ook niet afdoende. Hierbij kon de vortex namelijk alleen van de zijkant worden waargenomen.

In het Laboratorium voor Hoge Snelheden van de TU Delft heeft promovenda Sharon Donohoe een methode ontwikkeld om de vortex van bovenaf zichtbaar te maken. Bij deze Surface Reflective Visualisation-techniek maakt het windtunnelmodel van de deltavleugel deel uit van het optische systeem.

Het oppervlak van het model is zo glad als een spiegel. Het wordt verlicht met een vonklamp, die knippert met een frequentie van maximaal 10.000 hertz. Het licht valt via een parabolische spiegel als een evenwijdige bundel op de delta. Hierop wordt het licht teruggekaatst naar een camera die driehonderd opnamen kan maken met een maximale snelheid van 10.000 opnamen per seconde.