Как влияет скорость воздушного потока на разделение?

В дозвуковом потоке точка отрыва перемещается вниз по потоку по мере увеличения числа Рейнольдса , а число Рейнольдса увеличивается со скоростью набегающего потока.

Демонстрация на цилиндрическом аэродинамическом профиле:

^{Источник}

Из Википедии :

Число Рейнольдса - это отношение инерционных сил к вязким силам внутри жидкости, которая подвергается относительному внутреннему движению из-за различных скоростей жидкости.

Разделение происходит в месте, где ламинарный поток воздуха перестает ускоряться и замедляется областями восходящего турбулентного потока воздуха в разделительных пузырьках, создаваемых трением (вязкостью):

^{Источник}

Градиенты скорости в пограничном слое в различных точках переходной области, где течение переходит от ламинарного к турбулентному:

^{Источник , адаптированный}

Скорость у поверхности уменьшается из-за трения и в какой-то момент становится отрицательной. Между ламинарным потоком и аэродинамическим профилем появляются разделительные пузыри. В пузыре есть вторичное обратное течение и область застоя воздуха. За пузырем воздух турбулентный:

^{Источник , адаптированный}

В то время как другие элементы влияют на точку отрыва пограничного слоя, этот является самым большим. Чтобы противостоять этому эффекту, импульс ламинарного потока должен быть увеличен по отношению к силам трения. Это делается (по определению) за счет увеличения числа Рейнольдса, например, за счет увеличения воздушной скорости.

Увеличение воздушной скорости можно получить за счет ускорения самолета, а также другими способами. Например, используются различные устройства для задержки отрыва пограничного слоя, когда самолет необходимо замедлить. Он заключается в ускорении («повторном включении») «мертвого воздуха» вблизи поверхности, например, с помощью высокоскоростных струй или генераторов вихрей.

Это, например, принцип, лежащий в основе предкрылков и щелевых клапанов:

^{Источник , адаптированный}

Отрыв пограничного слоя происходит из-за торможения потока по мере его удаления от передней кромки и возникновения противодействующего градиента давления ( теория потенциального течения ).

Низкоэнергетический поток более подвержен возмущениям, вихри появляются и исчезают, их значение возрастает. Части вихрей имеют скорость, противоположную скорости набегающего потока, что создает зоны «мертвого воздуха». Вязкость берет верх над инерцией. Это соотношение между эффектами инерции и вязкости и есть само определение числа Рейнольдса.

За счет увеличения скорости (фактически числа Рейнольдса) этот эффект сводится к минимуму: точка разделения перемещается вниз по потоку, поскольку последствия неблагоприятного градиента давления противодействуют на большем расстоянии, что видно на градиентах скорости, показанных на изображении закрылка / предкрылка выше.

Закрылки/предкрылки имеют дополнительное преимущество (например, перед генераторами вихрей), заключающееся в увеличении поверхности крыла, следовательно, восстановлении подъемной силы, утраченной при замедлении самолета.