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塞斯纳庞巴迪

边界层分离

 

 

  当流体流过物体的时候,由于流体本身的粘性,靠近物体表面的流体的速度为零,而离开物体表面一定距离的流体的速度则不受粘性影响,此处的流动可以按照无粘来处理。在物面和可以按无粘处理的流体之间的这一部分流体就是边界层。

  边界层是一个薄层,它紧靠物面,沿物面法线方向存在着切向速度的梯度,并因此而产生了粘性应力。粘性应力对边界层的流体来说是阻力,所以随着流体沿物面向后流动,边界层内的流体会逐渐减速,增压。由于流体流动的连续性,边界层会变厚以在同一时间内流过更多的低速流体。因此边界层内存在着流向的逆压梯度,流动在逆压梯度作用下,会进一步减速,最后整个边界层内的流体的动能都被粘性应力给耗散掉,不能再朝下游流动了,然而远前方的还未减速的边界层还在源源不断地追赶上来。就向被堵塞的水池的水会溢出一样,边界层内的流体也会因为无法继续贴着物面流动而“溢出”—边界层离开了物面,它分离了。边界层分离之后,它将从紧靠物面的地方抬起进入主流,与主流发生参混。结果是整个参混区域的压力趋于一致。

  由上面的原理我们可以知道,边界层要分离必须满足两个条件,一个是流体有粘性,第二个是流体必须流过物面。

  边界层分离如果发生在机翼上将产生很严重的后果,那就是失速。边界层分离还会使机翼的阻力大大增加,机翼被设计成园头尖尾的流线型就是为了减小阻力。在高亚音速飞机上采用的超临界翼型,也是为了避免边界层的分离。

  航空科技人员为了克服边界层分离所做的努力,贯穿了近代航空的发展历程,始终是推进航空科技发展的重要动力之一。

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