Warum führt eine scharfe Vorderkante zu einer größeren Druckspitze?

Die Vorstellung des Luftstroms bei 15 Grad AoA ist sehr hilfreich, um die Unterdruckverteilung auf dem oberen Flügel zu verstehen. Rauch in Windkanälen wird verwendet, damit das Luftströmungsmuster gesehen werden kann. Ja, es ist unlogisch, dass ein dünnerer Flügel eine höhere Druckspitze hat, aber beachten Sie, dass der GESAMTE Unterdruckbereich von 4408 und 4415 sehr nahe beieinander liegt.

Was hier vor sich geht, ist, dass die größere Frontfläche des 4415 eine größere, aber nicht so niedrige Druckblase bei 15 Grad AOA (siehe Grafik) als beim 4408 erzeugt. Versuchen Sie, die beiden Tragflächen bei einem Anstellwinkel von 15 Grad zu überlagern und auch zu werfen auch auf einem flachen Teller.

Denken Sie daran, dass eine höhere Druckspitze nicht einen höheren Gesamtunterdruck bedeutet. Dies bedeutet, wie @Jan Hudec sagt, dass Luftmoleküle, die Masse und Geschwindigkeit (Trägheit) haben, eine scharfe Kurve nicht so leicht umfahren können wie eine kleine Kurve.

Stellen Sie sich 20 Rennwagen vor, die gemeinsam die Strecke hinunterfahren. Sie werden zusammen eine kleine Kurve machen, aber wenn sie zu schnell in eine sehr scharfe Kurve einfahren, wird es auf der nahen Seite der Kurve eine Vakuumspitze (Mangel) an Autos geben!

Um der Eintrittskante auszuweichen, wird die Luft zunächst nach oben umgelenkt. Aufgrund der Trägheit würde es weiter nach oben gehen. Die Viskosität verhindert jedoch, dass es zu starken Geschwindigkeitsscherungen kommt, sodass die Luft direkt über dem Flügel herausgezogen wird, wodurch der Bereich mit reduziertem Druck entsteht, der die entgegenkommende Luft zieht, um sich um den Flügel zu drehen – die Saugspitze. Eine schärfere Vorderkante bedeutet, dass der Winkel zwischen der Luft und der gekrümmten Oberfläche schneller wächst, sodass eine tiefere Saugspitze erforderlich ist, um die Luft festzuhalten.

Da die viskosen Kräfte nur so stark sind, können sie die Luft nur einer so scharfen Krümmung folgen lassen. Wenn der Anstellwinkel zunimmt, muss die Luft, die über die obere Oberfläche strömt, mehr um die Vorderkante herum navigieren. Mit einer schärferen Vorderkante erhöht sich der Winkel, in dem es sich drehen muss, schneller, sodass es früher beginnt, sich zu trennen.

Der Hinterkantenabriss hängt auch mit der Viskosität zusammen. Es verhindert eine Geschwindigkeitsdiskontinuität auch an der Flügeloberfläche, so dass sich nahe der Oberfläche eine Grenzschicht befindet, an der sich die Strömungsgeschwindigkeit von Null auf die freie Strömungsgeschwindigkeit ändert. Diese Grenzschicht wird dicker, mehr bei höherem Anstellwinkel, und wenn sie so dick wird, dass die viskosen Kräfte nicht ausreichen, um sie in Bewegung zu halten, schleicht sich eine Ablösungsblase von der Hinterkante ein. Aus diesem Grund blockieren Flügel mit längeren Akkorden bei einem niedrigeren Anstellwinkel. Auch wenn es das gleiche Profil hochskaliert ist.

Dies erklärt auch, wie Wirbelgeneratoren den kritischen Anstellwinkel erhöhen: Turbulenzen mischen die Grenzschicht und erhöhen die Geschwindigkeit darin, selbst wenn die durchschnittliche hintere Komponente nicht zunimmt, was verhindert, dass sie stagniert und sich vollständig trennt.