¿Cuál es el efecto de la velocidad del flujo de aire en la separación?

En un flujo subsónico, el punto de separación se mueve aguas abajo a medida que aumenta el número de Reynolds , y el número de Reynolds aumenta con la velocidad de la corriente libre.

Demostración en un perfil aerodinámico en forma de cilindro:

^Fuente

De Wikipedia :

El número de Reynolds es la relación entre las fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas dentro de un fluido que está sujeto a un movimiento interno relativo debido a las diferentes velocidades del fluido.

La separación ocurre en el lugar donde el flujo de aire laminar deja de acelerarse y es desacelerado por áreas de flujo de aire turbulento aguas arriba en las burbujas de separación creadas por la fricción (viscosidad):

^Fuente

Gradientes de velocidad en la capa límite en diferentes puntos en el área de transición donde el flujo pasa de laminar a turbulento:

^{Fuente , adaptado}

La velocidad está disminuyendo cerca de la superficie debido a la fricción y en algún punto se vuelve negativa. Aparecen burbujas de separación entre el flujo laminar y el perfil aerodinámico. En una burbuja hay un flujo inverso secundario y una región donde el aire está estancado. Aguas abajo de la burbuja, el aire es turbulento:

^{Fuente , adaptado}

Mientras que otros elementos afectan el punto de separación de la capa límite, este es el más grande. Para contrarrestar este efecto, el impulso de la corriente laminar debe incrementarse en relación con las fuerzas de fricción. Esto se hace (por definición) aumentando el número de Reynolds, por ejemplo, aumentando la velocidad aerodinámica.

El aumento de la velocidad aerodinámica se puede obtener acelerando la aeronave, pero también de otras formas. Por ejemplo, se utilizan diferentes dispositivos para retrasar la separación de la capa límite cuando se debe reducir la velocidad de la aeronave. Consiste en acelerar ("reenergizar") el "aire muerto" cerca de la superficie, por ejemplo, utilizando chorros de alta velocidad o generadores de vórtices.

Este es, por ejemplo, el principio detrás de las lamas y las aletas ranuradas:

^{Fuente , adaptado}

La separación de la capa límite se debe a la desaceleración del flujo a medida que se aleja del borde de ataque y aparece un gradiente de presión adverso ( teoría del flujo potencial ).

El flujo de energía inferior es más propenso a las perturbaciones, los vórtices aparecen y desaparecen, aumentando en importancia. Porciones de vórtices tienen una velocidad opuesta a la velocidad de la corriente libre, esto crea áreas de "aire muerto". La viscosidad se hace cargo de la inercia. Esta relación entre los efectos de la inercia y la viscosidad es la definición misma del número de Reynolds.

Al aumentar la velocidad (en realidad, el número de Reynolds), este efecto se minimiza: el punto de separación se mueve río abajo, ya que los efectos del gradiente de presión adverso se contrarrestan en una distancia más larga, como se ve en los gradientes de velocidad que se muestran en la imagen de flaps/slat de arriba.

Los flaps/slats tienen la ventaja adicional (sobre los generadores de vórtices, por ejemplo) de aumentar la superficie del ala, restaurando así la sustentación perdida cuando el avión se desaceleró.