08. Mejna plast

Re število in mejna plast
Zračni tok se sreča krilom na prvem robu v zastojni točki (slika 2.3). V tem hipu je Re število v mejni plasti enak 0. Tu se tok loči in en del potuje po zgornji strani drugi pa po spodnji. Od te točke do katerekoli druge točke na krilu je osnova za določanje novega Re števila. To pomeni, da se Re število povečuje od zastojne točke pa do zadnjega roba krila. Ko tok doseže zadnji rob krila, je Re število največje. Ker pa je pot toka zraka ob površini daljša od tetive profila krila, je Re število v praksi nekoliko večje. Nesimetrični profili, ki imajo spodnjo in zgornjo konturo različno dolgi imajo na obeh straneh različno Re število, vendar take razlike zanemarjamo.

Laminarna mejna plastPrerez laminarne mejne plasti
Laminarni tok ima nekoliko manjši upor trenja na površini kot turbulentni. V laminarni mejni plasti se zrak giblje na zelo gladek način, kot da je vsaka drobna plast zraka ločena in drsi ena čez drugo z rahlo lepljivostjo. Gibanje teh plasti se proti površini zmanjšuje, najnižja plast ob površini pa se giblje z njo. Debelina mejne plasti je okoli desetinke milimetra in sega do razdalje, ko ima tanka plast enako hitrost kot glavni tok. Če natančno izmerimo hitrost vsake tanke plasti posebej lahko narišemo diagram, ki ga prikazuje risba. Dolžina puščice prikazuje hitrost plasti in vidimo, da se z razdaljo od površine povečuje. Ker je povečevanje hitrosti plasti enakomerna in gladka, je površinsko trenje majhno. Ker so plasti počasne in nimajo vpliva glavnega toka, lahko zelo hitro pride tudi do zastoja.

Prehod
laminarno mejno plast moti vsaka nepravilnost površine krila; hrapavost, mehur v barvi, umazanija ali vodne kapljice. Laminarno mejno plast na prednjem robu krila pomaga oblikovati majhna hitrost letenja ali majhna velikost krila. Tudi kadar površina ni lepa, je mejna plast na začetku laminarna. Ko tok zraka potuje po krilu se efekt lepljivosti mejne plasti postopoma zmanjšuje. V neki kritični točki motnja popolnoma premaga zaviralni efekt. Pri nizkih Re številih hrapavost površine zelo vpliva na prehod laminarne mejne plasti v turbulentno. Ta prehod je zelo oster. Točka ali ozek pas prehoda na površini je tesno povezan s kritično mejno plastjo Re števila. PriPrerez turbulentne mejne plasti višjem Re številu postane mejna plast turbulentna.

Turbulentna mejna plast
V turbulentni mejni plasti se zračni delci prosto gibljejo navzgor in navzdol, vendar še vedno obdržijo osnovno smer glavnega toka. Čeprav se posamezen delec vzdolž krila ne premika s stalno hitrostjo, je v nižjem delu turbulentne mejne plasti veliko hitrejši kot pred prehodom, zato se poveča trenje ob površini. Prehod v turbulentno mejno plast je zelo grob, poveča pa se tudi Re število. Glavni tok nad mejno plastjo se prične zgoščevati in prilagodi obliko. Ker se na ta način ustvari velika motnja v glavnem toku se zelo poveča upor.
Pri gladki in zelo lepo oblikovani površini se prehod pomakne nekoliko nazaj in kritično Re število se dvigne, medtem, ko je pri hrapavi ali valoviti površini to nižje. Vsaka površina ima neko kritično Re število v mejni plasti. Točka prehoda v turbulentno mejno plast se pri povečani hitrosti pomakne naprej, pri zmanjšanju pa nazaj.

Laminarna ločitev
Pri zmernem vpadnem kotu se na prvem robu profila pojavi laminarna mejna plast. Takoj za zastojno točko zračni delec zelo pospeši, zato se zmanjša tlak, zunanji laminarni tok pa začuti nekoliko povečano lepljivost. Povečana hitrost pomaga obdržati laminarni tok.
Prehod mejne plastiPrehod toka ob kriluLaminarna ločitev ob kriluV točki, kjer se doseže najmanjši tlak, se glavni tok prične spuščati navzdol, in ker se temu upira se mejna plast stanjša. Laminarna mejna plast se blizu površine nikoli ne giblje hitro, zato se njenemu tanjšanju vse hitreje upira. V neki točki, ki se nahaja nekoliko za točko najmanjšega tlaka, pride do zastoja. Delec zraka ob površini se nanjo prilepi in se s krilom začne gibati proti glavnemu toku. Če se takšno gibanje nadaljuje se mirujoča ovira na površini širi in končno doseže vso površino. To imenujemo laminarno ločitev.

Ločitveni mehur
Pri ugodni situaciji, ko je zaviranje za točko najmanjšega tlaka postopno, se laminarna mejna plast nepovezano spremeni v turbulentno. Ovira mirujočega zraka moti mejno plast in v tej točki se poveča Re število, zato pride do prehoda v turbulentni tok. Oviro tega mirujočega zraka imenujemo ločitveni mehur.
Laminarna ločitev z laminarnim mehurčkomMajhna krila pri majhnem vpadnem kotuMajhna krila pri velikem vpadnem kotuMajhna krila pri kritičnem vpadnem kotuZnotraj ločitvenega mehurja se nahaja lokalen križni tok, ki aerodinamično poveča razpon. Laminarni ločitveni mehur je navzoč skoraj na vseh krilih med letom. Temu se lahko izognemo z uporabo turbulatorja, ki jih v veliki meri uporabljajo prava jadralna letala, v modelarstvu pa je njihov učinek nekoliko manjši. Pri nizkih Re številih ima ločitveni mehur zelo velik efekt na maksimalni upor krila. Mehur se lahko razširi tudi do 40% globine krila in takrat je tok ločen na vsem srednjem delu zgornje površine krila. Pri večjih vpadnih kotih se točka najmanjšega tlaka pomakne naprej, z njim pa tudi ločitveni mehur vendar se primerno skrajša. Turbulentna mejna plast za mehurjem nima dovolj energije da ostane trdna, zato se razširi. Če se vpadni kot krila še poveča, se ločitveni mehur pomakne skoraj na prvi rob krila in poči, posledica tega pa je, da se poruši vzgon.
Nepovezana laminarna ločitevProfil pravega letala pri velikem vpadnem kotuNa velikih krilih pri večjih hitrostih laminarni tok redko vztraja daleč nazaj od prednjega roba krila. Re število je večje in tudi površina je z manj napakami, zato je prehod iz laminarnega v turbulentni tok brez ločitvenega mehurja. Zaradi tega večji motorni modeli nimajo težav z laminarno ločitvijo. Ko se letalo približuje takšni kritični točki, ga s svojim vedenjem že v naprej napove.