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Des chercheurs en dynamique des fluides mettent en lumière la façon dont les objets partiellement immergés subissent la traînée
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Dans une nouvelle étude, les chercheurs de Brown décrivent comment la traînée sur un objet partiellement immergé peut être plusieurs fois supérieure à la traînée sur un objet entièrement immergé. Image gracieuseté de Harris Lab. Crédit : Harris Lab.
L’une des expériences les plus courantes et les plus utiles dans la dynamique des fluides consiste à maintenir un objet dans l’air ou à le plonger complètement sous l’eau et à l’exposer à un flux constant pour mesurer sa résistance sous forme de résistance. Les études sur la traînée ont conduit à des avancées technologiques dans la conception des avions et des véhicules, et même à notre compréhension des processus environnementaux.
C’est beaucoup plus difficile de nos jours. En tant qu’aspect de la dynamique des fluides les plus étudiés, il est devenu difficile de rassembler ou de détailler de nouvelles informations sur la physique simple de la résistance à la traînée à partir de ces expériences classiques. Mais c’est exactement ce qu’une équipe d’ingénieurs dirigée par des scientifiques de l’Université Brown a réussi à faire remonter ce problème à la surface, à la surface de l’eau.
Décrit dans un nouvel article dans Fluides d’examen physiqueLes chercheurs ont créé en laboratoire un petit canal semblable à une rivière et ont descendu des boules composées de divers matériaux hydrofuges en aval jusqu’à ce qu’elles soient presque complètement submergées par l’eau qui coule.
Les résultats de l’expérience illustrent les mécanismes fondamentaux – et parfois contre-intuitifs – selon lesquels la traînée sur un objet partiellement immergé peut être plusieurs fois supérieure à la traînée sur un objet entièrement immergé constitué du même matériau.
Par exemple, des chercheurs dirigés par les ingénieurs de Brown, Robert Hunt et Daniel Harris, ont découvert que la traînée sur les sphères augmentait au moment où elles entraient en contact avec l’eau, quel que soit le degré d’étanchéité du matériau sphérique. À chaque fois, la traînée augmentait beaucoup plus que prévu et continuait d’augmenter à mesure que les balles tombaient, ne commençant à diminuer que lorsque les balles étaient complètement sous l’eau.
« Il y a cette période intermédiaire où les corps sphériques entrant dans l’eau créent le plus de turbulences, de sorte que la traînée est beaucoup plus forte qu’elle ne le serait bien sous la surface », a déclaré Harris, professeur adjoint à la Brown School of Engineering. « Nous savions que la traînée augmenterait à mesure que les balles descendaient, car cela bloque davantage le flux constant, mais ce qui est surprenant, c’est à quel point elle augmente. Puis, à mesure que vous continuez à pousser la balle plus profondément, la traînée redescend. »
L’étude montre que les forces de traînée exercées sur des objets partiellement immergés peuvent être trois à quatre fois supérieures à celles exercées sur des objets entièrement immergés. Par exemple, les forces de traînée les plus importantes ont été mesurées avant que la balle ne soit complètement immergée, ce qui signifie que l’eau coule autour d’elle mais qu’il reste encore une petite zone sèche dépassant à la surface.
« On pourrait s’attendre à ce que la taille d’une sphère dans l’eau corresponde à la taille des nuages », a déclaré Hunt, chercheur postdoctoral au laboratoire Harris et premier auteur de l’étude. « Si tel était le cas, vous pourriez naïvement estimer la résistance en disant que si la balle était presque à 100 % dans l’eau, la résistance serait à peu près la même que si elle était complètement immergée sous la surface. » La résistance pourrait en réalité être bien supérieure à cela. Pas comme 50 % mais plutôt 300 % ou 400 %. »
Les chercheurs ont également découvert que le niveau de résistance à l’eau de la balle joue un rôle majeur dans les forces de traînée qu’elle subit. C’est là que les choses deviennent un peu contre-intuitives.
L’expérience a été réalisée avec trois balles identiques sauf qu’une était recouverte d’un matériau hautement hydrophobe, ce qui la rend très hydrofuge, tandis que les autres balles étaient constituées de matériaux de moins en moins hydrofuges.
En menant des expériences, les chercheurs ont découvert que la couche hautement hydrophobe rencontrait une plus grande résistance que les deux autres domaines. Et la surprise, c’est qu’ils s’attendaient au contraire.
« Des matériaux superhydrophobes sont souvent proposés pour réduire la traînée, mais dans notre cas, nous avons constaté que les balles superhydrophobes, lorsqu’elles étaient presque complètement immergées, avaient beaucoup plus de résistance qu’une balle fabriquée à partir de tout autre matériau hydrofuge », a déclaré Hunt. « En essayant de réduire la traînée, vous pourriez en fait l’augmenter considérablement. »
L’article explique que la simple physique en est la cause probable.
« L’eau ne veut rien avoir à faire avec cette balle très hydrophobe, alors elle fait tout ce qu’elle peut pour s’écarter du chemin de la balle », a déclaré Harris. « Mais ce qui se passe, c’est qu’une grande partie de l’eau s’accumule devant elle, de sorte que vous vous retrouvez avec un mur d’eau que la balle frappe. Intuitivement, vous pourriez penser que l’eau devrait glisser plus librement. En fait, la physique conspire contre cela dans ce scénario.
Les conclusions de l’article pourraient un jour avoir des implications sur les conceptions et les structures qui fonctionnent à l’interface air-eau, comme les petits véhicules autonomes. Pour l’instant, la physique indépendante de cette recherche fondamentale est suffisamment intéressante pour que les études sur les objets partiellement submergés ne soient pas encore bien décrites ou comprises dans ce domaine.
« Nous avons été surpris que personne n’ait effectué ces mesures », a déclaré Harris. « C’est une idée simple mais il y a ici beaucoup de physique riche. »
Les chercheurs ont choisi les sphères comme premiers objets 3D en raison de la simplicité de leur géométrie. Ils n’ont qu’une seule échelle de longueur : le rayon. La sphère vous sert de tremplin pour résumer la mécanique physique jusqu’à ses principes de base avant de passer à des formes plus complexes.
« En commençant par le point le plus simple, nous examinons ce qu’est la physique ici, puis, comme étape suivante, nous commençons à appliquer nos connaissances à des structures plus réalistes, qu’il s’agisse de simuler une structure biologique ou d’examiner des structures motrices créées par l’homme », a déclaré Harris. dit.
Hunt et Eli Silver, membre du laboratoire, ont conçu le dispositif à canal pour créer l’expérience de courant d’eau et ont programmé un ascenseur mécanique qui abaisse les billes dans le canal d’eau. Les travaux ont commencé en collaboration avec Yuri Bazilev, professeur à la Brown School of Engineering. Des chercheurs de l’Université de l’Illinois Urbana Champagne ont également participé à des simulations informatiques.
Plus d’information:
Robert Hunt et al. Dessinent sur une sphère partiellement immergée sur un compteur capillaire, Fluides d’examen physique (2023). DOI : 10.1103/PhysRevFluids.8.084003
29 août 2024
Le chef du commandement spatial américain espère que la prochaine fois que la Chine lancera un missile laissant derrière elle des débris spatiaux de longue durée, Pékin avertira Washington à l’avance, plutôt que de laisser les États-Unis découvrir par eux-mêmes le chaos orbital.
Parlez dans L’efficacité du Mitchell Institute for Aerospace Studies Lors d’une réunion à la base spatiale Peterson, au Colorado, le 28 août, le général Stephen N. Whiting a souligné deux incidents récents impliquant des débris spatiaux chinois comme étant une source de préoccupation et la nécessité d’améliorer la communication à l’avenir.
« Nous venons de voir le lancement de leur version de Constellation du soleil « Cela a laissé plus de 300 débris en orbite – une fusée Longue Marche 6A », a déclaré Whiting. « Il y a moins de deux ans, ils avaient une autre fusée, qui a mis plus de 500 débris à longue durée de vie… J’espère que la prochaine fois. que « Dans un missile comme celui-ci, il laisse beaucoup de débris. Ce ne sont pas nos capteurs qui détectent cela en premier, mais nous obtenons des communications qui nous aident à comprendre cela, tout comme nous communiquons avec les autres. »
L’incident le plus récent impliquant une fusée Longue Marche 6A s’est produit au début du mois, lorsque le lanceur transportait les 18 premiers satellites d’une constellation de communications prévue pour rivaliser avec Starlink. La fusée s’est brisée en orbite terrestre basse (LEO) quelques jours plus tard, répandant des débris et suscitant des inquiétudes parmi les experts. La société privée de suivi spatial a rapporté que la désintégration pourrait produire plus de 10… 900 épaves shrapnel.
Whiting a noté que les débris provenaient de l’étage supérieur de la fusée après le lancement des satellites, indiquant que la mission était « généralement réussie ». Cependant, à des altitudes plus élevées, les débris resteront en orbite plus longtemps.
« Nous ne voulons certainement pas voir ce genre de débris », a ajouté Whiting.
Les débris se trouvent généralement sur des orbites inférieures à 600 km (373 miles). Il revient sur Terre après quelques annéesÀ une altitude de 800 km, sa décomposition peut prendre des siècles. Avec de plus en plus de satellites en orbite terrestre basse et des débris persistants provenant de lancements peu judicieux, La probabilité de collisions continue d’augmenter.
Selon le général à la retraite Kevin Shelton, directeur du Centre d’excellence sur l’énergie spatiale du Mitchell Institute, les États-Unis ont déjà eu des problèmes similaires avec des débris à haute altitude, mais ont commencé à évacuer le carburant et les gaz des étages de fusée avant d’entrer en orbite. Cette pratique réduisait les débris et le risque de désintégration, et la Russie l’adopta peu après. Whiting a déclaré qu’on ne savait pas actuellement si la Chine utilisait cette méthode.
« Depuis des décennies, les États-Unis s’intéressent tellement à l’espace que nous avons mis la grande majorité de nos données de suivi à la disposition du monde entier », a déclaré Whiting. « Chaque jour, nous analysons tous les satellites actifs à la recherche de tous ces débris, et nous en informons tout le monde, y compris les Chinois et les Russes… parce que nous ne voulons pas que les satellites heurtent des débris et laissent derrière eux d’autres débris. »
Le développement rapide des capacités spatiales et l’augmentation significative des déploiements de satellites par la Chine et la Russie restent une préoccupation majeure quant à la manière dont les États-Unis abordent le domaine spatial. Chef adjoint des opérations spatiales, le général Michael A. Gotlin a souligné que les récentes mesures prises par ces pays prouvent leur intention d’opérer de manière dangereuse dans ce domaine.
« Ils créent beaucoup de débris et d’orbites que nous devons contourner, ou ils mettent en danger des choses comme la Station spatiale internationale », a déclaré Gotlin lors du Sommet AFCEA/INSA sur le renseignement et la sécurité nationale à Rockville, Maryland, le 28 août. Il a ajouté : « Ils ne se soucient même pas de la sécurité des astronautes. Si ce n’est pas dangereux et non professionnel, je ne sais pas ce que c’est. »
En novembre 2021, la Russie a procédé à un test de missile antisatellite, aboutissant à la création d’un Grande quantité de débris En orbite terrestre basse, ce qui présente un danger pour la Station spatiale internationale et incite l’équipage à prendre des mesures de précaution. En outre, Moscou a également été témoin Une série de fuites de liquide de refroidissement Ces dernières années, la Chine a lancé son propre vaisseau spatial. Même s’il n’y a pas de négociations prévues avec la Russie sur le développement spatial, les espoirs sont grands d’une communication plus active avec Pékin sur les alertes spatiales.
« Nous donnons ces avis aux Chinois, et au cours de l’année dernière, nous avons vu à plusieurs reprises qu’ils nous ont donné quelques avis en retour, et je pense que c’est une chose positive. Nous n’avons aucune discussion. prévu avec la Russie », a déclaré Whiting.
science
À la recherche de pierres précieuses : caractérisation de six planètes géantes en orbite autour de naines froides
Données d’imagerie à contraste élevé pour toutes les cibles. Dans chaque panneau, nous montrons la limite de contraste de 5σ atteinte en fonction de la séparation angulaire de l’étoile hôte pour chaque ensemble de données à contraste élevé. Nous traçons également des cachets postaux de 1,4″ × 1,4″ d’images NESSI reconstruites en bande z (encadré à droite dans chaque panneau) pour toutes les cibles et des images AO (encarts à gauche) pour TOI-5414, TOI-5616, TOI-5634A et TOI-6034. — astro-ph.EP
Les exoplanètes géantes transitant autour d’étoiles naines de type M (GEMS) sont rares, en raison de la faible masse de leurs étoiles hôtes. Cependant, la couverture de l’ensemble du ciel par TESS a permis d’en détecter un nombre croissant pour permettre des enquêtes statistiques telles que le GEMS Search Survey.
Dans le cadre de cet effort, nous décrivons les observations de six planètes géantes en transit, qui incluent des mesures de masse précises pour deux GEMS (K2-419Ab, TOI-6034b) et une validation statistique de quatre systèmes, qui incluent une vérification et des limites de masse supérieures pour trois d’entre elles. (TOI-5218b, TOI-6034b). 5616b, TOI-5634Ab), tandis que le quatrième système – TOI-5414b – est classé comme « planète potentielle ».
Nos observations incluent les vitesses radiales du Habitable Zone Planet Finder sur le télescope Hobby-Eberly et de l’observatoire Maroon-X sur Gemini-North, ainsi que la photométrie et l’imagerie à contraste élevé provenant de plusieurs installations au sol. En plus de la photométrie TESS, K2-419Ab a également été observé et validé statistiquement dans le cadre de la mission K2 au cours des campagnes 5 et 18, qui fournit des contraintes orbitales et planétaires précises malgré la faible luminosité de l’étoile hôte et la longue période orbitale d’environ 20,4 jours.
Avec une température d’équilibre de seulement 380 K, K2-419Ab est l’une des planètes en transit les plus froides et les mieux caractérisées connues. TOI-6034 a un compagnon tardif de type F à environ 40 secondes d’arc, ce qui en fait la première étoile hôte GEMS à avoir un ancien compagnon binaire sur la séquence principale. Ces confirmations s’ajoutent au petit échantillon existant de planètes en transit GEMS confirmées.
Shubham Kanodia, Arvind F. Gupta, Caleb I. Canas, Lea Marta Bernabo, Varghese Reggie, T. Hahn, Madison Brady, Andreas Seyfart, William D. Cochrane, Nydia Morrell, Ritvik Basant, Jacob Bean et Chad F. Bender, Zoé L. De Bors, Alison Perella, Alexina Birkholz, Nina Brown, Franklin Chapman, David R. Ciardi, Catherine A. Clark, Ethan J. Cotter, Scott A. Diddams, Samuel Halverson, Susan Hawley, Leslie Hebb, Ray Holcomb, Steve B. Howell, Henry A. Kobolnicki, Adam F. Kowalski, Alexander Larsen, Jessica Libby Roberts, Andrea S. J. Lin, Michael B. Lund, Raphael Locke, Andrew Munson, Joe B. Ninan, Brooke A. Parker, Nishka Patel, Michael Rudrak, Gabrielle Ross, Arpita Roy, Christian Schwab, Jomundur Stefansson, Aubrey Thoms, Andrew Vanderberg
Commentaires : Accepté dans AJ
Sujets : Astrophysique terrestre et planétaire (astro-ph.EP)
Citer ce qui suit : arXiv:2408.14694 [astro-ph.EP] (ou arXiv :2408.14694v1 [astro-ph.EP] (pour cette version)
https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.14694
Concentrez-vous pour en savoir plus
Date de publication
De : Shubham Kanodia
[v1] Lundi 26 août 2024, 23:47:24 UTC (5 169 Ko)
https://arxiv.org/abs/2408.14694
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La Federal Aviation Administration des États-Unis a immobilisé les fusées Falcon 9 de SpaceX dans l’attente d’une enquête sur un rare accident d’atterrissage au large des côtes.
La Federal Aviation Administration a immobilisé les fusées Falcon 9 de SpaceX en attendant une enquête visant à déterminer pourquoi le propulseur du premier étage s’est arrêté. Collision avec un bateau de débarquement tôt mercredi après avoir contribué au lancement d’un autre lot de satellites Internet Starlink.
après Se lever Après avoir reporté mardi soir le lancement du vaisseau spatial avec équipage Polaris Dawn en raison de prévisions météorologiques à long terme défavorables, SpaceX a continué à travailler sur le premier des lancements consécutifs de satellites Starlink, un depuis la Floride et un depuis la Californie.
Mais le deuxième vol a été annulé après que le premier étage utilisé lors du lancement en Floride s’est brisé et est tombé dans l’océan Atlantique alors qu’il tentait d’atterrir sur un drone SpaceX stationné à des centaines de kilomètres au nord-est de Cap Canaveral.
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La FAA a déclaré qu’elle ordonnerait une enquête, immobilisant efficacement les fusées Falcon 9 de SpaceX – y compris la fusée Polaris Dawn – jusqu’à ce que l’enquête soit terminée et que les mesures correctives soient approuvées.
« Le retour en vol de la fusée Falcon 9 dépend de la détermination par la FAA que tout système, processus ou procédure lié à l’anomalie n’a pas d’impact sur la sécurité publique », a déclaré la FAA dans un communiqué.
« En outre, SpaceX devra peut-être demander et obtenir l’approbation de la FAA pour modifier sa licence qui inclut des actions correctives et satisfaire à toutes les autres exigences de licence », a ajouté l’agence.
Mardi soir, SpaceX a reporté un lancement prévu mercredi Mission Aube PolarisLe lancement d’un vol commercial comprenant la première sortie dans l’espace par une organisation non gouvernementale a été reporté à vendredi au plus tôt en raison des conditions météorologiques attendues à la fin de la mission. Le lancement a été suspendu indéfiniment dans l’attente d’une enquête sur l’accident à l’atterrissage.
L’échec de l’atterrissage a mis fin à une séquence de 267 récupérations consécutives réussies de boosters remontant à février 2021. Cependant, le deuxième étage de la fusée Falcon 9 a réussi à transporter 21 satellites Starlink sur leur orbite prévue.
L’atterrissage du premier étage semblait normal jusqu’au moment de l’atterrissage, lorsque plus de flammes que d’habitude sont apparues autour de la base de la fusée à l’approche du pont de la fusée. L’une des jambes d’atterrissage s’est effondrée immédiatement après l’atterrissage et la fusée d’appoint, masquée par le feu et la fumée, s’est renversée par-dessus le côté de la péniche de débarquement dans l’océan Atlantique.
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« Après une ascension réussie, le premier étage d’une fusée Falcon 9 s’est retourné après son atterrissage sur le vaisseau spatial sans pilote ‘Zero Gravity' », SpaceX Il a dit sur les réseaux sociaux« Les équipes évaluent les données de vol et l’état du missile. »
Il s’agissait du 23e premier étage de la fusée B1062, qui s’est avéré être son dernier lancement et atterrissage, un nouveau record de réutilisabilité. SpaceX autorise les premiers étages de la fusée Falcon 9 pour un maximum de 40 vols par étage.
Peu de temps après le déploiement des satellites Starlink en Floride, la société a annulé le lancement en Californie, qui était prévu à 5 h 58 HAE, pour donner aux ingénieurs plus de temps pour examiner la télémétrie et les séquences vidéo, à la recherche de tout signe de problème. affecter d’autres missiles.
« Retrait de notre deuxième lancement @Starlink la nuit pour donner à l’équipe le temps d’examiner les données d’atterrissage du booster du lancement précédent », a déclaré SpaceX. Il a dit« Une nouvelle date de lancement cible sera partagée une fois disponible. »
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