¿Por qué el punto de estancamiento está en la superficie superior antes del inicio de la circulación?

En mi opinión, las ilustraciones debajo de la descripción invariable en el tiempo, no viscosa, irrotacional e incompresible (potencial) son un poco engañosas. En el mundo real, suponiendo que el perfil aerodinámico comienza desde el reposo (sin campo de flujo) y comienza a acelerarlo a cierta velocidad aerodinámica, la viscosidad debería comenzar a generar vorticidad tan pronto como la velocidad aerodinámica sea distinta de cero. Por lo tanto, el campo de flujo sin elevación nunca existiría en primer lugar.

El campo de flujo sin elevación sirve mejor como ilustración de la solución de flujo usando flujos uniformes + dobletes. En este caso, hay una solución única para un flujo uniforme que pasa por un cilindro con radio$R$:

• Velocidad radial:$V_r=V_\infty cos\theta(1-\frac{R^2}{r^2})$
• Velocidad tangencial:$V_\theta=-V_\infty sin\theta(1+\frac{R^2}{r^2})$

Dado que podemos transformar conforme a la mayoría de las geometrías de superficies aerodinámicas en un cilindro , las soluciones de flujo que pasan por un cilindro son una generalización para aquellas superficies aerodinámicas anteriores. El resultado anterior asume un ángulo de ataque cero. Pero dado que el cilindro es simétrico, un AOA distinto de cero simplemente rota el resultado por ese AOA, y es por eso que tiene el punto de estancamiento trasero en la superficie aerodinámica superior.

Para un flujo de elevación, necesitaríamos modelar con flujos uniformes + doblete + vórtice. En este caso, se puede obtener un conjunto de soluciones para un cilindro :

• Velocidad radial:$V_r=V_\infty cos\theta(1-\frac{R^2}{r^2})$
• Velocidad tangencial:$V_\theta=-V_\infty sin\theta(1+\frac{R^2}{r^2})-\frac{\Gamma}{2\pi r}$

Tenga en cuenta que, en este punto, no hay ninguna imposición sobre cuál es la fuerza del vórtice ($\Gamma$) tiene que ser. Puede tener un número infinito de soluciones de elevación con un valor arbitrario de fuerza de vórtice (en el mismo AOA). Creo que eso es lo que (b) y (c) de su segundo conjunto de figuras intentan ilustrar. Solucionamos esto especificando la condición de Kutta e imponiendo el punto de estancamiento en el borde posterior para obtener una solución única.

Dado que el campo de flujo total debe tener circulación cero, el vórtice inicial debe tener una circulación en sentido contrario a las agujas del reloj.

Nick presenta una forma muy interesante de ver los cambios en la circulación aerodinámica, no cambiando el AOA, sino cambiando la velocidad. En una revisión de los diagramas polares, se hace evidente que la creación de sustentación a partir de la circulación (el "golpe de Bernoulli" en la curva AOA de sustentación frente al perfil aerodinámico), donde se puede tener mucha sustentación con muy poco aumento en la resistencia, requiere un número de Reynolds de suficiente valor. Para la misma cuerda (del mismo perfil aerodinámico), esto significa velocidad suficiente para llevar el punto de estancamiento desde la parte superior del ala hasta detrás del ala para acelerar el aire sobre la parte superior del ala.

Esto es difícil de presentar en diagramas sin representar el movimiento. Cuando un ala, inclinada a un AOA positivo, acelera, lo que sucede es análogo a observar el espejo de popa de un bote mientras acelera hasta el punto en que la estela hirviente se separa del bote y forma la "V" detrás del bote.

Con un ala, una vez que la "estela" está detrás del ala, el aire pasa por la parte superior del ala (y desde todas las direcciones) para llenar el área de menor presión. Pero como el ala avanza continuamente, este es un proceso que se repite constantemente siempre que se mantengan el AOA y la velocidad.

Reduzca la velocidad del bote y la estela hirviente regresa al espejo de popa. Es bajo esta luz que ambos conjuntos de diagramas parecen no ser contradictorios.

Dado que el ala está inclinada hacia arriba, esperaríamos que el punto de estancamiento se formara primero en la superficie superior.

Hay algunos artículos que muestran, ya sea experimentalmente o mediante simulación, algo muy cercano al flujo potencial sin circulación una fracción de segundo después del inicio del movimiento.

Antes de que se forme la circulación, el flujo del fondo fluye alrededor del borde de salida a velocidades muy altas (presión más baja) y en la dirección equivocada hacia el punto de estancamiento trasero (presión más alta) que está en la ubicación incorrecta. Esto crea el gradiente de presión adverso más grande entre el borde de fuga y el punto de estancamiento trasero en la superficie superior.

Si dibuja una separación de flujo en BL de flujo directo en la superficie superior, crea un vórtice de inicio CCW.