INTRODUCCIÓN Antecedentes Los efectos de las inestabilidades del flujo sobre el líquido o gas dentro de un volumen cerrado con una abertura abierta a un flujo externo estático o en movimiento@ o materias relacionadas@ se han estudiado durante al menos los últimos 150 años. Por ejemplo, @ Sondhaus en 1854 (Referencia 1) @ estudió los efectos de un chorro que incide sobre un borde @ produciendo un efecto acústico conocido como tono de borde @ asociado con la producción de sonido en tubos de órgano y otros instrumentos musicales. Tyndall@ en 1867 (Referencia 2)@ estudió el efecto que el sonido tenía sobre la estabilidad de los chorros@ mientras que en 1868 Helmholtz publicó (Referencia 3) los resultados de@ entre otras cosas@ su análisis de la frecuencia natural de un volumen cerrado con un pequeña apertura@ posteriormente llamado resonador de Helmholtz. Más tarde@ en 1877@ Lord Rayleigh (John William Strutt) publicó (Referencia 4) un libro ampliamente utilizado sobre la teoría del sonido@ que incluye los efectos del sonido en la estabilidad de las láminas de vórtices y el desarrollo de una teoría para las condiciones resonantes de un tubo de extremo abierto. Gran parte del trabajo de las Referencias 1 a 4 ha proporcionado una base para el desarrollo posterior de las diversas teorías asociadas con la aerodinámica de cavidades y la aeroacústica. El estudio de la acústica de las cavidades en general@ y del impacto del chorro en relación con los tonos de los bordes en particular@ continuó a un ritmo constante durante los siguientes 70 años@ con diversas aplicaciones. Sin embargo, a finales de los años 40 y principios de los 50, un problema particular en la industria aeronáutica estimuló el crecimiento acelerado de la investigación sobre aerodinámica de cavidades, y especialmente sobre acústica, que se ha producido durante los últimos 50 años. En ese momento había una conciencia cada vez mayor de los efectos que la oscilación del flujo de aire dentro y alrededor de cavidades abiertas, como los huecos de las ruedas y los compartimentos de bombas, estaban teniendo en la aerodinámica e incluso en la integridad estructural* de dichas cavidades y su contenido. Los primeros trabajos en esta área se llevaron a cabo en relación con las bahías de bombas del English Electric Canberra (Referencias 6@ 8@ 9@ 13@ 19@ 21@ 29 y 39) y Boeing B47 (Referencia 10). Al mismo tiempo que se llevaban a cabo estos trabajos sobre aviones específicos en los años 1950 y 1960, también se estaban llevando a cabo una serie de investigaciones@ principalmente en túneles de viento y pruebas de vuelo@ que implicaban investigaciones más generales sobre la aerodinámica inestable y el ruido debido a las cavidades ( por ejemplo@ Referencias 7@ 11@ 14 a 18@ 20@ 22 a 28 y 30 a 38). Todas estas áreas de investigación proporcionaron una base firme para el trabajo en rápida expansión, tanto experimental como teórico, incluida la dinámica de fluidos computacional (CFD) @ desde la década de 1970 en adelante. Aunque casi toda la investigación sobre la aerodinámica inestable y la acústica de las cavidades se ha relacionado con los compartimientos de armas, gran parte de la información resultante también podría aplicarse a los compartimientos del tren de aterrizaje o los huecos de las ruedas. Sin embargo, en esa aplicación suele haber menos problemas debido a la inestabilidad y el ruido que surgen del flujo dentro de tales cavidades (aunque la resistencia es obviamente una preocupación) y más problemas en relación con el ruido de campo lejano generado por el compartimento de ruedas y la unidad de tren de rodaje extendido (por ejemplo@ Referencias 44@ 48@ 49@ 51 y 68). Tales consideraciones están fuera del alcance de este elemento de datos y son más relevantes para el trabajo del Comité de Ruido de ESDU @ ver ESDU 90023 (Referencia 95), por ejemplo. Los principales problemas que implica el uso de cavidades rectangulares en planta para el transporte de armas son dos. (a) Inestabilidad del flujo y la posibilidad de oscilaciones autosostenidas y la probabilidad de fenómenos acústicos para cavidades profundas a moderadamente profundas con flujo abierto o de transición (ver ESDU 00007 ?C Referencia 97). (b) Dificultades para liberar armas desde cavidades poco profundas con flujo cerrado (ver ESDU 00006 ?C Referencia 96) que surgen de la fuerte corriente ascendente en el extremo delantero de la cavidad junto con la igualmente fuerte corriente descendente en la parte trasera. El flujo es @ sin embargo @ comparativamente estable en comparación con el flujo de transición o abierto. De las dos áreas problemáticas (a) ha atraído con diferencia el mayor esfuerzo de investigación, sobre todo porque plantea el mayor desafío debido a la complejidad del flujo inestable involucrado. Los efectos adversos del flujo de la cavidad que afectan el transporte y liberación de armas pueden aliviarse por varios medios@tanto activos como pasivos@véanse las Partes IIIA a IIID (Referencias 99 a 102)*. Sin embargo, para que el mecanismo de mitigación sea eficaz, es esencial conocer la naturaleza del flujo inestable y el objetivo principal del presente elemento de datos es proporcionar información amplia sobre ese aspecto. * Son posibles picos acústicos de hasta 180 dB@, lo que implica presiones de alrededor de 2 ?? 104 N/m2 (418 lbf/pie2); incluso niveles de 160 dB pueden causar daños (Referencia 71). * Este elemento de datos forma la Parte II de una serie sobre flujos en cavidades. Todas las Partes están enumeradas en la Sección 2.2 de la Parte I (Referencia 98)
ESDU 04023 B-2009 Historia
2009ESDU 04023 B-2009 Aerodinámica y aeroacústica de cavidades en planta rectangulares Parte II: Flujo inestable y aeroacústica