Sie müssen zwischen Grenzschichtströmung und Außenströmung unterscheiden.

Trennung bedeutet, dass sich ein Paket energiearmer Luft mit dem Flügel bewegt (hier beträgt der Druck etwa -0,2 , ausgedrückt als Druckkoeffizient). Für die äußere Strömung ändert sich die Kontur des Strömungsprofils zu einer der ursprünglichen Strömung plus dem Paket der getrennten Strömung. Da sich dieses auf der hinteren Oberseite des Schaufelblatts befindet, "sieht" das Schaufelblatt dicker und länger aus und präsentiert der äußeren Strömung effektiv einen Körper mit weniger Sturz und Anstellwinkel.

Dies verringert wiederum die Saugkraft im Bereich der anhaftenden Strömung direkt hinter der Nase, wo normalerweise eine hohe Saugspitze sowohl Auftrieb als auch Nasenschub erzeugt. Bei einer verringerten Saugspitze erzeugt das Schaufelblatt mehr Luftwiderstand und weniger Auftrieb.

Viskose und nichtviskose Druckverteilung bei 12 ° AoA, berechnet mit XFOIL 5.4. Die gestrichelten Linien zeigen die nichtviskose Druckverteilung, bei der keine Strömungstrennung auftritt, während die durchgezogenen Linien die viskose Druckverteilung mit getrennter Strömung über die letzten 20% der Oberseite zeigen. Die Linien um die Tragflächenkontur zeigen die Grenze zwischen der Grenzschicht und der äußeren Strömung. Die Trennung verdickt die Grenzschicht und verändert die Form, um die die äußere Strömung strömt, erheblich.

Die veränderte Tragflächenform bewirkt eine Verringerung des effektiven Anstellwinkels, so dass sowohl das Ansaugen oben als auch der Druck unten sind niedriger. Dies bedeutet, dass die Trennung einen Auftriebsverlust verursacht; Sobald die Trennung beginnt, wird die Steigung der Auftriebskurve flacher und kann sich umkehren (was auf einen vollständigen Stillstand hinweist).

In der oben gezeigten Probe würde nur auf den letzten 12% der Oberseite eine Trennung dazu führen, dass der Druck niedriger ist als im nichtviskosen Fall. Beachten Sie, dass der Druck auf den Boden ebenfalls geringer ist, sodass der Unterschied zwischen beiden (der einen Auftrieb verursacht) durch die Trennung ziemlich unverändert bleibt. Ohne Trennung sind die viskose und die nichtviskose Druckverteilung ziemlich ähnlich, daher ist die nichtviskose Verteilung eine gültige Annäherung erster Ordnung an die viskose Druckverteilung ohne Trennung.

Die verringerte Saugspitze an der Nase und die höhere Saugleistung an Diese letzten 12% verursachen mehr Druckwiderstand. Beachten Sie, dass der Bereich um die Saugspitze nach vorne zeigt und der Bereich nahe der Hinterkante etwas nach hinten zeigt (insbesondere bei hohem Anstellwinkel). Dies bedeutet, dass weniger Nasenschub das Schaufelblatt nach vorne zieht und auch weniger Druck durch den Druck nahe der Hinterkante ausgeübt wird.

Um den Luftwiderstandsanstieg aufgrund der Trennung der vollständigen Flugzeugkonfiguration abzuschätzen, wird ein Luftwiderstand angenommen erhöhen, als ob der Auftrieb linear ansteigen würde, ohne dass eine Trennung stattfindet, einschließlich des induzierten Widerstands. Kombinieren Sie diesen Luftwiderstand mit dem "echten" Auftrieb, einschließlich der Verluste aufgrund der Trennung, und Sie erhalten ein überraschend realistisches Verhältnis von Auftrieb zu Luftwiderstand des Flugzeugs zwischen Beginn der Trennung und Stillstand.

Nach meinem Verständnis handelt es sich bei der Spitze um die Tatsache, dass der größte Teil des Auftriebs durch anfängliche Abschnitte der Vorderkante (z. B. die ersten 20% des Akkords) erzeugt wird, wie in dieser Abbildung gezeigt.

Vergleichen Sie nun die grünen (vor der Trennung) und rosa (nach der Trennung) Diagramme in der folgenden Abbildung.

Vor dem Trennen ist der Druck in der Nähe der Vorderkante (die ersten 20% der Sehne) sehr niedrig als der Umgebungsdruck (z. B. -5 bis -2), danach jedoch der Druck variieren linear in Richtung des Umgebungsdrucks, so dass er an der Hinterkante ungefähr 0 beträgt.

Nach der Trennung ändert sich der Druck über alle Nachläufe in Richtung eines (konstanten) Werts, der a ist etwas niedriger als der Umgebungsdruck (z. B. -1, wie für die rosa Darstellung gezeigt), da die Nachläufe eine kreisförmige Strömung sind, die unabhängig vom Hauptstrom ist, der über ihnen fließt.

Dies bedeutet einen höheren Druck in den ersten 20-30% des Akkords, aber einen niedrigeren Druck in den verbleibenden 70-80% des Akkords (wenn man Grün mit rosa Linien vergleicht ).

Die Saugkraft des Flügels an seinem Vorderkantenbereich (20-30% c) verringert sich, was weniger Auftrieb bedeutet (da der größte Teil des Auftriebs durch diesen Abschnitt erzeugt wird).

Die verbleibenden 70-80% des Akkords haben jedoch einen niedrigeren Druck, wodurch sich die Nettodruckdifferenz zwischen der Vorder- und Rückseite des Schaufelblatts erhöht und somit der Druckwiderstand erhöht.

Beachten Sie auch, dass diese 70-80% des Akkords in einem hohen Winkel (Anstellwinkel) platziert sind und daher einen großen Effekt haben, wenn wir seine horizontale Komponente berechnen (Ziehen). Auf der anderen Seite ist dieser erste Abschnitt der Tragflächenvorderkante ungefähr eine horizontale Fläche, sodass der Druckvektor für den Luftstrom am normalsten ist und mehr Einfluss auf den Auftrieb hat, wenn wir seine vertikale Komponente berechnen.

Aus "Fundamentals of Aerodynamics" von J.D.Anderson Jr (5. Auflage, Seite 384, 385). Ich kopiere und füge es einfach ein, falls Sie das Buch nicht haben:

Hier wird das Tragflächenprofil in einem großen Anstellwinkel (also mit Strömungstrennung) angezeigt Die tatsächliche Verteilung des Oberflächendrucks wird durch die durchgezogenen Pfeile symbolisiert. Der Druck wirkt immer normal zur Oberfläche. Daher sind die Pfeile alle lokal senkrecht zur Oberfläche. Die Länge der Pfeile ist repräsentativ für die Größe des Drucks. Durch die Basis der Pfeile wird eine durchgezogene Kurve gezogen, um eine „Hülle“ zu bilden, die die Visualisierung der Druckverteilung erleichtert. Wenn die Strömung jedoch nicht getrennt wäre, dh wenn die Strömung angebracht wäre, wäre die Druckverteilung diejenige, die durch die gestrichelten Pfeile (und die gestrichelte Hülle) angezeigt wird.

Die durchgezogenen und gestrichelten Pfeile in Abbildung 4.47 sollte sorgfältig verglichen werden. Sie erläutern die beiden Hauptfolgen einer getrennten Strömung über dem Schaufelblatt. Die erste Folge ist ein Auftriebsverlust. Der aerodynamische Auftrieb (die in Abbildung 4.47 gezeigte vertikale Kraft) wird aus der Nettokomponente der Druckverteilung in vertikaler Richtung in Abbildung 4.47 abgeleitet (unter der Annahme, dass der relative Wind des freien Stroms in dieser Abbildung horizontal ist). Ein hoher Auftrieb wird erreicht, wenn der Druck auf die Bodenfläche groß und der Druck auf die Oberseite klein ist. Die Trennung beeinflusst die Druckverteilung der Bodenoberfläche nicht. Wenn wir jedoch die durchgezogenen und stumpfen Pfeile auf der Oberseite direkt stromabwärts der Vorderkante vergleichen, finden wir diese festen Pfeile, die einen höheren Druck anzeigen, wenn die Strömung getrennt wird. Dieser höhere Druck drückt nach unten und verringert somit den Auftrieb. Diese Verringerung des Auftriebs wird auch durch den geometrischen Effekt verstärkt, dass die Position der Oberseite des Flügels in der Nähe der Vorderkante in Abbildung 4.47 ungefähr horizontal ist. Wenn die Strömung getrennt wird und einen höheren Druck auf diesen Teil der Tragflächenoberfläche verursacht, Die Richtung, in der der Druck wirkt, ist eng an der Vertikalen ausgerichtet, und daher spürt der Aufzug fast die volle Wirkung des erhöhten Drucks. Der kombinierte Effekt des erhöhten Drucks auf die obere Oberfläche nahe der Vorderkante und die Tatsache, dass dieser Teil der Oberfläche ungefähr horizontal ist, führt zu einem ziemlich dramatischen Auftriebsverlust, wenn sich die Strömung trennt. Beachten Sie in Abbildung 4.47, dass der Auftrieb für die getrennte Strömung (der feste vertikale Vektor) kleiner ist als der Auftrieb, der existieren würde, wenn die Strömung angebracht wäre (der gestrichelte vertikale Vektor).

Konzentrieren wir uns nun auf diesen Teil der oben in der Nähe des Trailingedge. Auf diesem Teil der Tragflächenoberfläche ist der Druck für die abgetrennte Strömung jetzt kleiner als der Druck, der bestehen würde, wenn die Strömung angebracht würde. Außerdem ist die obere Oberfläche nahe der Hinterkante geometrisch stärker zur Horizontalen und tatsächlich etwas geneigt Gesichter in horizontaler Richtung. Denken Sie daran, dass der Luftwiderstand in Abbildung 4.47 in horizontaler Richtung verläuft. Aufgrund der Neigung der oberen Oberfläche nahe der Hinterkante hat der auf diesen Teil der Oberfläche ausgeübte Druck in horizontaler Richtung eine starke Komponente. Diese Komponente wirkt nach links und neigt dazu, der horizontalen Kraftkomponente durch den hohen Druck entgegenzuwirken, der auf die Nase des nach rechts drückenden Schaufelblatts wirkt. Der Nettodruckwiderstand auf das Schaufelblatt ist die Differenz zwischen der auf die Vorderseite ausgeübten Kraft, die nach rechts drückt und die auf den Rücken ausgeübte Kraft drückte nach links. Wenn die Strömung getrennt wird, ist der Druck auf den Rücken geringer als wenn die Strömung angebracht wäre. Daher gibt es für die getrennte Strömung keine Kraft auf dem Rücken, die nach links drückt, und der nach rechts wirkende Zug wird daher erhöht. Beachten Sie in Abbildung 4.47, dass der Luftwiderstand für einen getrennten Fluss (der feste horizontale Vektor) größer ist als der Widerstand, der bestehen würde, wenn der Fluss angehängt würde (der gestrichelte horizontale Vektor). Daher sind zwei Hauptfolgen der Strömungstrennung über einem Strömungsprofil:

1. Ein drastischer Auftriebsverlust (Abwürgen).

2. Ein starker Anstieg des Luftwiderstands, verursacht durch Druckwiderstand aufgrund von Strömungstrennung.

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