Warum liegt der Staupunkt auf der Oberseite vor Beginn der Zirkulation?

Die Darstellung unter der zeitinvarianten, reibungsfreien, irrotations- und inkompressiblen (Potenzial-)Beschreibung ist meiner Meinung nach etwas irreführend. Unter der Annahme, dass das Tragflächenprofil in der realen Welt aus dem Ruhezustand startet (kein Strömungsfeld) und Sie beginnen, es auf eine bestimmte Fluggeschwindigkeit zu beschleunigen, sollte die Viskosität anfangen, Wirbel zu erzeugen, sobald die Fluggeschwindigkeit ungleich Null wird. Daher würde das nicht anhebende Strömungsfeld überhaupt nicht existieren.

Das nicht anhebende Strömungsfeld dient besser als Veranschaulichung der Strömungslösung unter Verwendung von gleichmäßigen + Dublettströmungen. Hier gibt es eine einzigartige Lösung für eine gleichmäßige Umströmung eines Zylinders mit Radius$R$:

• Radialgeschwindigkeit:$V_r=V_\infty cos\theta(1-\frac{R^2}{r^2})$
• Tangentialgeschwindigkeit:$V_\theta=-V_\infty sin\theta(1+\frac{R^2}{r^2})$

Da wir die meisten Tragflächengeometrien konform in einen Zylinder umwandeln können , sind Strömungslösungen an einem Zylinder vorbei eine Verallgemeinerung dieser vergangenen Tragflächen. Das obige Ergebnis geht von einem Anstellwinkel von Null aus. Da der Zylinder jedoch symmetrisch ist, dreht ein AOA ungleich Null das Ergebnis einfach um diesen AOA, und deshalb haben Sie den hinteren Staupunkt auf der oberen Tragflächenoberfläche.

Für eine Auftriebsströmung müssten wir mit gleichmäßigen + Dublett- + Wirbelströmungen modellieren. In diesem Fall kann ein Lösungssatz für einen Zylinder erhalten werden :

• Radialgeschwindigkeit:$V_r=V_\infty cos\theta(1-\frac{R^2}{r^2})$
• Tangentialgeschwindigkeit:$V_\theta=-V_\infty sin\theta(1+\frac{R^2}{r^2})-\frac{\Gamma}{2\pi r}$

Beachten Sie, dass es an dieser Stelle keine Festlegung auf die Wirbelstärke gibt ($\Gamma$) muß sein. Sie können eine unendliche Anzahl von Hebelösungen mit einem beliebigen Wert der Wirbelstärke (bei gleicher AOA) haben. Ich denke, das ist es, was (b) und (c) Ihres zweiten Satzes von Abbildungen zu veranschaulichen versuchen. Wir umgehen dies, indem wir die Kutta-Bedingung spezifizieren und den Staupunkt an der Hinterkante auferlegen, um eine eindeutige Lösung zu erhalten.

Da das gesamte Strömungsfeld keine Zirkulation haben muss, muss der Startwirbel eine Zirkulation im Gegenuhrzeigersinn haben.

Nick stellt eine sehr interessante Art vor, Änderungen in der Strömungsprofilzirkulation zu betrachten, nicht durch Ändern des AOA, sondern durch Ändern der Geschwindigkeit. Bei einer Überprüfung der Polardiagramme wird deutlich, dass die Auftriebserzeugung aus der Zirkulation (die "Bernoulli-Beule" in der Auftriebs-gegen-Tragflächen-AOA-Kurve), bei der viel Auftrieb mit sehr geringer Erhöhung des Luftwiderstands erzielt werden kann, eine ausreichende Reynolds-Zahl erfordert Wert. Für die gleiche Sehne (des gleichen Profils) bedeutet dies eine ausreichende Geschwindigkeit, um den Staupunkt von der Oberseite des Flügels hinter den Flügel zu bringen, um die Luft über die Oberseite des Flügels zu beschleunigen.

Dies ist in Diagrammen schwierig darzustellen, ohne die Bewegung darzustellen. Wenn ein Flügel, der zu einem positiven AOA geneigt ist, beschleunigt, ist das, was passiert, vergleichbar mit dem Beobachten des Heckspiegels eines Bootes, wenn es bis zu dem Punkt beschleunigt, an dem sich das kochende Kielwasser vom Boot trennt und das "V" hinter dem Boot bildet.

Bei einem Flügel wird, sobald sich das „Wachstum“ hinter dem Flügel befindet, Luft über die Oberseite des Flügels (und aus allen Richtungen) gezogen, um den Bereich mit niedrigerem Druck auszufüllen. Da sich der Flügel jedoch kontinuierlich vorwärts bewegt, ist dies ein sich ständig wiederholender Vorgang, solange AOA und Geschwindigkeit beibehalten werden.

Verlangsamen Sie das Boot und das kochende Kielwasser kehrt zum Heck zurück. In diesem Licht scheinen beide Diagrammsätze nicht widersprüchlich zu sein.

Da der Flügel nach oben geneigt ist, würden wir erwarten, dass sich der Staupunkt zuerst auf der oberen Oberfläche bildet.

Es gibt einige Veröffentlichungen, die entweder experimentell oder durch Simulation etwas zeigen, das einem möglichen Fluss ohne Zirkulation einen Bruchteil einer Sekunde nach Beginn der Bewegung sehr nahe kommt.

Bevor sich eine Zirkulation bildet, fließt der Boden mit sehr hohen Geschwindigkeiten (niedrigster Druck) und in der falschen Richtung um die Hinterkante herum in den hinteren Staupunkt (höchster Druck), der sich an der falschen Stelle befindet. Dadurch entsteht der größte nachteilige Druckgradient zwischen Hinterkante und hinterem Staupunkt auf der Deckfläche.

Wenn Sie die Strömungstrennung in BL der Vorwärtsströmung auf der oberen Oberfläche zeichnen, erzeugt dies einen CCW-Anfangswirbel.