När ett föremål rör sig genom en vätska, eller när en vätska rör sig förbi ett föremål, störs vätskemolekylerna nära föremålet och rör sig runt föremålet.Aerodynamiska krafter genereras mellan vätskan och föremålet. Storleken på dessa krafter beror på objektets form, objektets hastighet, massan av den vätska som passerar objektet och på två andra viktiga egenskaper hos vätskan: viskositeten, eller klibbigheten, och kompressibiliteten, eller fjädringen, hos vätskan. För att korrekt modellera dessa effekter använder flygtekniker likhetsparametrar som är förhållandet mellan dessa effekter och andra krafter som finns i problemet. Om två experiment har samma värden för likhetsparametrarna är krafternas relativa betydelse korrekt modellerade.
Aerodynamiska krafter beror på ett komplicerat sätt på vätskans viskositet. När vätskan rör sig förbi objektet fastnar molekylerna precis intill ytan vid ytan. Molekylerna precis ovanför ytanbromsas i sina kollisioner med de molekyler som fastnar vid ytan. dessa molekyler bromsar i sin tur flödet precis ovanför dem. Ju längre bort man rör sig från ytan, desto färre kollisioner påverkas av objektets yta. Detta skapar ett tunt vätskeskikt nära ytan där hastigheten ändras från noll vid ytan till det fria strömningsvärdet bort från ytan. Ingenjörer kallar detta skikt för gränsskiktet eftersom det uppstår vid vätskans gräns.
Detaljerna om flödet i gränsskiktet är mycket viktiga för många problem inom aerodynamiken, bland annat för att få en vinge att stanna, för att få hudfriktionsdraget på ett föremål och för att få en värmeöverföring vid höghastighetsflygning.Tyvärr ligger de fysikaliska och matematiska detaljerna i teorin om gränsskiktet utanför räckvidden för den här guiden för nybörjare, och studeras vanligen i slutet av grundutbildningen eller i högskolans forskarutbildning. Vi kommer endast att presentera några av gränsskiktets effekter vid denna tidpunkt.
På diabilden visar vi hastighetsvariationen i strömriktningen från den fria strömmen till ytan. I verkligheten är effekterna tredimensionella. På grund av massans bevarande i tre dimensioner orsakar en hastighetsförändring i strömriktningen en hastighetsförändring även i de andra riktningarna. Det finns en liten komponent av hastigheten vinkelrätt mot ytan som förskjuter eller förflyttar flödet ovanför den. Man kan definiera tjockleken på gränsskiktet som storleken på denna förskjutning. Förskjutningens tjocklek beror på Reynolds tal som är förhållandet mellan tröghetskrafter (motståndskrafter mot förändring eller rörelse) och viskösa krafter (tunga och kladdiga) och ges av ekvationen : Reynoldstal (Re) är lika medhastighet (V) gånger densitet (r) gånger en karakteristisk längd (l) dividerad med viskositetskoefficienten (mu).
Re = V * r * l / mu
Gränsskikt kan vara antingen laminära (skiktade) eller turbulenta (oordnade) beroende på Reynoldstalets värde.För lägre Reynoldstal är gränsskiktet laminärt och hastigheten i strömriktningen ändras jämnt när man rör sig bort från väggen, vilket visas till vänster i figuren.För högre Reynoldstal är gränsskiktet turbulent och strömningshastigheten kännetecknas av instabila (förändras med tiden) virvlande flöden inuti gränsskiktet.Det yttre flödet reagerar på gränsskiktets kant på samma sätt som det skulle reagera på ett föremåls fysiska yta.Så gränsskiktet ger varje föremål en ”effektiv” form som vanligtvis skiljer sig en aning från den fysiska formen.För att göra saker och ting ännu mer förvirrande kan gränsskiktet lyfta av eller ”separera” från kroppen och skapa en effektiv form som skiljer sig mycket från den fysiska formen. Detta beror på att flödet i gränsskiktet har mycket låg energi (i förhållande till den fria strömmen) och drivs lättare av tryckförändringar. Strömningsseparation är orsaken till att vingen stallar vid hög anfallsvinkel.Gränsskiktets effekter på lyftet ingår i lyftkoefficienten och effekterna på draget ingår i dragkoefficienten.
HISTORISK ANMÄRKNING: Teorin som beskriver gränsskiktseffekter presenterades först av Ludwig Prandtl i början av 1900-talet. De allmänna fluidekvationerna hade varit kända i många år, men lösningarna till ekvationerna beskrev inte korrekt observerade flödeseffekter (som t.ex. vingstopp). Prandtl var den förste som insåg att den relativa storleken på tröghets- och viskositetskrafterna förändrades från ett skikt mycket nära ytan till ett område långt från ytan. Han föreslog först den interaktivt kopplade tvåskiktslösningen som på ett korrekt sätt modellerar många strömningsproblem.
Aktiviteter:
Guidade turer
-
Källor till dragkraft: 
- Inlopp:
Navigation ..
Hemsida för nybörjare.
