Wie wirkt sich die Luftstromgeschwindigkeit auf die Trennung aus?

In einer Unterschallströmung bewegt sich der Ablösepunkt stromabwärts, wenn die Reynolds-Zahl zunimmt, und die Reynolds-Zahl steigt mit der Geschwindigkeit des freien Stroms.

Demonstration an einem zylinderförmigen Schaufelblatt:

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Aus Wikipedia :

Die Reynolds-Zahl ist das Verhältnis von Trägheitskräften zu viskosen Kräften innerhalb einer Flüssigkeit, die aufgrund unterschiedlicher Flüssigkeitsgeschwindigkeiten einer relativen inneren Bewegung ausgesetzt ist

Die Trennung erfolgt an der Stelle, an der der laminare Luftstrom nicht mehr beschleunigt wird, und wird durch Bereiche mit stromaufwärts turbulentem Luftstrom in durch Reibung (Viskosität) erzeugten Trennblasen verlangsamt:

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Geschwindigkeitsgradienten in der Grenzschicht an verschiedenen Stellen im Übergangsbereich, wo die Strömung von laminar zu turbulent übergeht:

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Die Geschwindigkeit nimmt in der Nähe der Oberfläche aufgrund von Reibung ab und wird irgendwann negativ. Zwischen der laminaren Strömung und dem Schaufelblatt treten Ablöseblasen auf. In einer Blase gibt es eine sekundäre Rückströmung und einen Bereich, in dem die Luft stagniert. Stromabwärts der Blase ist die Luft turbulent:

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Während andere Elemente den Grenzschichtablösepunkt beeinflussen, ist dieser der größte. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, muss der Impuls der laminaren Strömung relativ zu den Reibungskräften erhöht werden. Dies geschieht (per Definition) durch Erhöhen der Reynolds-Zahl, zB durch Erhöhen der Fluggeschwindigkeit.

Eine Erhöhung der Fluggeschwindigkeit kann durch Beschleunigen des Flugzeugs, aber auch auf andere Weise erreicht werden. Beispielsweise werden verschiedene Vorrichtungen verwendet, um die Ablösung der Grenzschicht zu verzögern, wenn das Flugzeug abgebremst werden muss. Sie besteht darin, „tote Luft“ nahe der Oberfläche zu beschleunigen („re-energetisieren“), zB durch Hochgeschwindigkeitsdüsen oder Vortex-Generatoren.

Das ist zum Beispiel das Prinzip von Vorflügeln und Schlitzklappen:

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Die Grenzschichtablösung ist auf eine Strömungsverzögerung zurückzuführen, wenn sie sich von der Vorderkante wegbewegt und ein nachteiliger Druckgradient auftritt ( Potentialströmungstheorie ).

Der niedrigere Energiefluss ist anfälliger für Störungen, Wirbel entstehen und verschwinden und gewinnen an Bedeutung. Teile von Wirbeln haben eine Geschwindigkeit, die der Geschwindigkeit des freien Stroms entgegengesetzt ist, wodurch Bereiche mit "toter Luft" entstehen. Die Viskosität übernimmt die Trägheit. Dieses Verhältnis zwischen Trägheits- und Viskositätseffekten ist die eigentliche Definition der Reynolds-Zahl.

Durch Erhöhen der Geschwindigkeit (eigentlich der Reynolds-Zahl) wird dieser Effekt minimiert: Der Ablösepunkt verschiebt sich stromabwärts, da den Auswirkungen des ungünstigen Druckgradienten auf einer längeren Strecke entgegengewirkt wird, wie an den Geschwindigkeitsgradienten auf dem Klappen-/Vorflügelbild oben zu erkennen ist.

Klappen/Vorflügel haben den zusätzlichen Vorteil (z. B. gegenüber Wirbelgeneratoren), dass sie die Flügeloberfläche vergrößern und somit den verlorenen Auftrieb wiederherstellen, wenn das Flugzeug verlangsamt wurde.