Når et objekt bevæger sig gennem en væske, eller når en væske bevæger sig forbi et objekt, forstyrres væskens molekyler i nærheden af objektet og bevæger sig omkring objektet.Der opstår aerodynamiske kræfter mellem væsken og objektet. Størrelsen af disse kræfter afhænger af objektets form, objektets hastighed, massen af den væske, der passerer objektet, og af to andre vigtige egenskaber ved væsken, nemlig væskens viskositet eller klæbrighed og væskens kompressibilitet eller fjedrende karakter. For at modellere disse virkninger korrekt anvender rumfartsingeniører lighedsparametre, som er forholdet mellem disse virkninger og andre kræfter, der er til stede i problemet. Hvis to forsøg har de samme værdier for lighedsparametrene, er den relative betydning af disse kræfter korrekt modelleret.
Aerodynamiske kræfter afhænger på en kompleks måde af væskens viskositet. Når væsken bevæger sig forbi objektet, klæber molekylerne lige ved siden af overfladen til overfladen. Molekylerne lige over overfladen bliver bremset i deres kollisioner med de molekyler, der klæber til overfladen, og disse molekyler bremser igen strømmen lige over dem. Jo længere man bevæger sig væk fra overfladen, jo færre kollisioner påvirkes af objektets overflade. Dette skaber et tyndt lag af væske nær overfladen, hvor hastigheden ændres fra nul ved overfladen til den frie strømningsværdi væk fra overfladen. Ingeniører kalder dette lag for grænselaget, fordi det forekommer ved væskens grænse.
Detaljerne af strømningen i grænselaget er meget vigtige for mange problemer i aerodynamikken, herunder stall på vinger, hudfriktion på et objekt og varmeoverførsel, der forekommer i højhastighedsflyvning.
Det er desværre ikke muligt at beskrive de fysiske og matematiske detaljer i grænselagsteorien i denne begynderguide, og de studeres normalt i slutningen af grund- eller videregående uddannelser på college. Vi vil kun præsentere nogle af virkningerne af grænselaget på dette tidspunkt.
På diaset viser vi den strømretningsmæssige hastighedsvariation fra den frie strøm til overfladen. I virkeligheden er virkningerne tredimensionale. Ud fra bevarelsen af masse i tre dimensioner medfører en ændring i hastigheden i strømretningen også en ændring i hastigheden i de andre retninger. Der er en lille hastighedskomponent vinkelret på overfladen, som forskyder eller flytter strømmen over den. Man kan definere tykkelsen af grænselaget som værende størrelsen af denne forskydning. Forflytningstykkelsen afhænger af Reynolds-tallet, som er forholdet mellem inertielle (modstandsdygtige over for ændring eller bevægelse) kræfter og viskose (tunge og klæbende) kræfter og er givet ved ligningen : Reynoldstallet (Re) er lig medhastighed (V) gange densitet (r) gange en karakteristisk længde (l) divideret med viskositetskoefficienten (mu).
Re = V * r * l / mu
Bundlag kan enten være laminære (lagdelt) eller turbulente (uordnede)afhængigt af Reynoldstallets værdi.For lavere Reynoldstal er grænselaget laminar, og strømningshastigheden ændrer sig ensartet, når man bevæger sig væk fra væggen, som vist i venstre side af figuren.For højere Reynoldstal er grænselaget turbulent, og strømningshastigheden er karakteriseret ved ustabile (skiftende med tiden) hvirvlende strømninger inde i grænselaget.Den eksterne strømning reagerer på grænselagets kant, ligesom den ville reagere på den fysiske overflade af et objekt.Grænselaget giver således ethvert objekt en “effektiv” form, som normalt er lidt forskellig fra den fysiske form.For at gøre tingene mere forvirrende kan grænselaget løfte sig af eller “adskille” sig fra kroppen og skabe en effektiv form, som er meget forskellig fra den fysiske form. Dette sker, fordi strømningen i grænselaget har meget lav energi (i forhold til den frie strøm) og lettere drives af ændringer i trykket. Strømningsseparation er årsagen til, at vingen går i stå ved store angrebsvinkler.Grænselagets virkninger på løftet er indeholdt i løftekoefficienten, og virkningerne på trækket er indeholdt i modstandskoefficienten.
HISTORISK NOTE: Den teori, der beskriver grænselagseffekterne, blev første gang præsenteret af Ludwig Prandtl i begyndelsen af 1900-tallet. De generelle ligninger for væsker havde været kendt i mange år, men løsningerne til ligningerne beskrev ikke korrekt de observerede strømningseffekter (som f.eks. vingeafstødning). Prandtl var den første til at indse, at den relative størrelse af de inertielle og viskose kræfter ændrede sig fra et lag meget tæt på overfladen til et område langt fra overfladen. Han var den første, der foreslog den interaktivt koblede løsning med to lag, som på korrekt vis modellerer mange strømningsproblemer.
Aktiviteter:
Guidede ture
-
Kilder til modstandsdygtighed: 
- Indløb:
Navigation ..
Hjemmeside for nybegyndere
