¿Cuál es la causa principal de la separación inducida por choque (parada por choque)?

En el enlace del video anterior que describe Prandtl Meyer Waves, el disertante declaró (a las 22:40) un hecho muy importante en el que basó la primera mitad de la conferencia. "La onda de Mach (líneas de Mach) desvía el flujo a través de un ángulo infinitamente pequeño".

Ahora, veamos el flujo sobre el perfil aerodinámico. Primero, el flujo sobre la superficie superior se acelerará a velocidades supersónicas (y superiores) hasta que alcance el punto (aproximadamente) de inclinación máxima. Debido a la aceleración, las líneas mecánicas divergirán y, por supuesto, no se formará ninguna onda de choque. Pero, después del punto de inclinación máxima, donde se introducirá un gradiente de presión adverso y se desacelerará el flujo de aire, las líneas de mach comenzarán a converger (a unirse). Una vez que lo hagan, la onda de choque se formará sobre un perfil aerodinámico (imagen a continuación). Si el avión continúa acelerando, las líneas de mach se cruzarían entre sí más y más abajo del perfil aerodinámico, provocando una onda de choque hacia abajo, hasta que se encuentra con el fuselaje (esta oración es mi suposición y me gustaría confirmación si es correcta). En ese punto (una vez que toca la estructura del avión), la capa límite siempre se separará y causará un bloqueo por choque (también mi suposición, ¿sucederá siempre?). Mi pregunta es:

¿La separación de la capa límite es causada por el aumento instantáneo extremo de la presión en la superficie aerodinámica, o por la convergencia de las líneas mecánicas y la desviación del flujo de aire independientemente del cambio de presión (y densidad)? ¿O es una combinación de ambos? Además, si la declaración del disertante es correcta, ¿no deberían las líneas mecánicas desviar el flujo de aire antes y no solo en el punto en que todas se fusionan?

Formación de ondas de choque sobre el perfil aerodinámico

Respuestas (1)

La respuesta más simple es que una onda de choque para una capa límite significa un fuerte gradiente de presión adverso. Probablemente ya sepa que el gradiente de presión adverso espesará una capa límite y que las capas límite gruesas son más propensas a separarse. Además, si el grado de presión adversa. es tan fuerte que puede producir inmediatamente un desprendimiento del flujo de la pared.

Interacción de onda de choque/capa límite simulada con LES.  Fuente: Argonne Leadership Computing Facility, Laboratorio Nacional de Argonne, DOE de EE. UU.

Agregue a esto que se forma una burbuja de separación en la región cercana y esto interactúa con el choque. Todos estos fenómenos son bastante complicados y para explorar su física subyacente se utilizan simulaciones de grandes remolinos (LES) para las ecuaciones de Navier-Stokes. Este es un tema de investigación a nivel de doctorado. Si desea una introducción, puede consultar esta fuente y descubrir más por su cuenta.