Was ist die Hauptursache für eine schockinduzierte Trennung (Shock Stall)?
Darjan
In dem obigen Videolink, in dem Prandtl Meyer Waves beschrieben wird, stellte der Dozent (um 22:40) eine sehr wichtige Tatsache fest, auf der er seine erste Hälfte des Vortrags basierte. "Mach-Wellen (Mach-Linien) lenken die Strömung um einen unendlich kleinen Winkel ab".
Betrachten wir nun die Strömung über dem Schaufelblatt. Zuerst wird die Strömung über die obere Oberfläche auf Überschallgeschwindigkeit (und darüber) beschleunigt, bis sie (ungefähr) den Punkt der maximalen Wölbung erreicht. Aufgrund der Beschleunigung werden die Machlinien auseinanderlaufen und natürlich wird sich keine Stoßwelle bilden. Aber nach dem Punkt der maximalen Wölbung, an dem ein ungünstiger Druckgradient eingeführt wird und den Luftstrom verlangsamt, beginnen die Machlinien zu konvergieren (zusammenzufließen). Sobald sie dies tun, bildet sich die Stoßwelle über einem Tragflügel (Bild unten). Wenn das Flugzeug weiter beschleunigt, würden sich die Machlinien immer tiefer schneiden, um das Tragflächenprofil zu senken und eine Schockwelle nach unten zu bringen, bis es auf die Flugzeugzelle trifft (dieser Satz ist meine Vermutung und ich hätte gerne eine Bestätigung, ob er richtig ist). An diesem Punkt (sobald es die Flugzeugzelle berührt) wird sich die Grenzschicht immer trennen und einen Schockstillstand verursachen (auch meine Annahme, wird es immer passieren?). Meine Frage ist:
Wird die Grenzschichtablösung durch den extremen sofortigen Druckanstieg auf der Schaufelblattoberfläche oder durch die Konvergenz von Machlinien und die Ablenkung des Luftstroms unabhängig von der Druck- (und Dichte-) Änderung verursacht? Oder ist es eine Kombination aus beidem? Auch wenn die Aussage des Dozenten richtig ist, sollten die Machlinien den Luftstrom nicht früher ablenken und nicht erst an dem Punkt, an dem sie alle zusammenlaufen?
Antworten (1)
Ares
Die einfachste Antwort ist, dass eine Stoßwelle für eine Grenzschicht einen scharfen nachteiligen Druckgradienten bedeutet. Sie wissen wahrscheinlich bereits, dass ein ungünstiger Druckgradient eine Grenzschicht dicker macht und dicke Grenzschichten eher zur Ablösung neigen. Auch wenn der Gegendruck grad. ist so stark, dass es sofort zu einer Ablösung der Strömung von der Wand kommen kann.
Hinzu kommt, dass sich im Nahbereich eine Ablöseblase bildet und diese mit dem Schock interagiert. All diese Phänomene sind ziemlich kompliziert und um ihre zugrunde liegende Physik zu erforschen, werden Large-Eddy-Simulationen (LES) für die Navier-Stokes-Gleichungen verwendet. Dies ist ein Thema der Ph.D-Level-Forschung. Wenn Sie eine Einführung wünschen, können Sie diese Quelle überprüfen und selbst weitere Informationen finden.
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