Введение
Контроль пограничного слоя относится к методам управления поведением пограничных слоев потока жидкости. Может быть целесообразно уменьшить отрыв потока на быстродвижущихся аппаратах для снижения размера следа (обтекания), что может уменьшить сопротивление. Отрыв пограничного слоя обычно нежелателен в системах с высоким коэффициентом подъёмной силы самолётов и во входах воздухозаборников реактивных двигателей. Ламинарный поток создаёт меньшее сопротивление трению, чем турбулентный, но турбулентный пограничный слой лучше отводит тепло. Турбулентные пограничные слои более устойчивы к отрыву. Энергию в пограничном слое может потребоваться увеличить, чтобы он оставался прилегающим к поверхности. Свежий воздух может подаваться через щели или подмешиваться сверху. Низкоимпульсный слой у поверхности может быть отсосан через перфорированную поверхность или удалён из канала высокого давления. Его можно полностью отсосать с помощью дефлектора или внутренней системы отвода. Его энергию можно увеличить выше энергии свободного потока, подавая воздух с высокой скоростью.
Природа
Британский зоолог сэр Джеймс Грей утверждал, что у дельфинов, по-видимому, имеется турбулентный пограничный слой для снижения вероятности отрыва потока и минимизации сопротивления, и что механизмы поддержания ламинарного пограничного слоя для уменьшения сопротивления трения кожи у дельфинов не были продемонстрированы. Это стало известно как парадокс Грея. Крылья птиц имеют элемент передней кромки, называемый альулой, который предотвращает срыв потока на низких скоростях аналогично предкрылку на крыле самолета. Тонкие перепончатые крылья, встречающиеся у летучих мышей и насекомых, обладают особенностями, которые, по-видимому, вызывают благоприятное шероховатость при соответствующих числах Рейнольдса, тем самым позволяя этим существам летать лучше, чем это было бы иначе.
Спорт
Мячи могут иметь особенности, которые делают поверхность шероховатой и увеличивают дальность удара или броска. Шероховатость вызывает турбулизацию пограничного слоя и поддерживает его прикрепление на большем участке задней поверхности, прежде чем он отделится, образуя меньшее следовое пространство, чем это было бы иначе. Мячи могут быть ударены различными способами, чтобы придать им вращение, из-за которого они движутся по изогнутой траектории. Вращение приводит к тому, что разделение пограничного слоя смещается в одну сторону, создавая боковую силу. Контроль пограничного слоя (шероховатость) был применен к мячам для гольфа в 19 веке. Швы на мячах для крикета и бейсбола выполняют функцию структуры управления пограничным слоем.
На цилиндре
В случае обтекания цилиндра свободным потоком, для управления отделением пограничного слоя, возникающим из-за неблагоприятного градиента давления, можно использовать три метода. Вращение цилиндра может уменьшить или устранить пограничный слой, формирующийся на стороне, движущейся в том же направлении, что и свободный поток. Сторона, движущаяся против потока, также демонстрирует лишь частичное отделение пограничного слоя. Применение отсоса через щель в цилиндре вблизи точки отделения также может задержать начало отделения, удаляя частицы жидкости, замедлившиеся в пограничном слое. Альтернативно, можно подавать жидкость из обтекаемой щели таким образом, чтобы замедленная жидкость ускорялась, и, следовательно, точка отделения отодвигалась.
Поддержание ламинарного пограничного слоя на воздушном судне
Ламинарные профили крыла были разработаны в 1930-х годах путем придания формы, обеспечивающей благоприятный градиент давления для предотвращения перехода к турбулентности. Низкое сопротивление, показанное в аэродинамической трубе, привело к их использованию на самолетах, таких как P-51 и B-24, однако поддержание ламинарного потока требовало низких уровней шероховатости и волнообразности поверхности, которые не всегда обеспечивались в реальных условиях эксплуатации. Краг утверждает, что испытания профиля P-51, проведенные в высокоскоростной аэродинамической трубе DVL в Берлине, показали полное исчезновение эффекта ламинарного потока при числах Рейнольдса, соответствующих реальным условиям полета. Реализация ламинарного потока в приложениях с высоким числом Рейнольдса обычно требует очень гладких поверхностей, свободных от волн, которые сложно изготовить и поддерживать. На крыльях со стреловидностью благоприятный градиент давления становится дестабилизирующим из-за поперечного потока, и для его контроля необходимо использовать всасывание. Комбинация придания формы профилю крыла и всасывания пограничного слоя называется управлением ламинарным потоком (LFC). Гибридное управление ламинарным потоком (HLFC). Мероприятия, спонсируемые НАСА, включают NLF на обтекателях двигателей и HLFC на верхних поверхностях крыльев, а также на горизонтальных и вертикальных поверхностях хвостового оперения.
Конструкция самолета
В авиационной технике управление пограничным слоем может использоваться для снижения паразитного сопротивления и увеличения полезного угла атаки. Впускные устройства двигателей, установленные на фюзеляже, иногда оснащаются разделительной перегородкой. В 1920-х и 1930-х годах в Aerodynamische Versuchsanstalt в Геттингене было проведено множество исследований для изучения повышения подъемной силы за счет отсоса на профилях крыла. Примером самолета с активным управлением пограничным слоем является японский морской самолет ShinMaywa US-1. Этот большой, четырехмоторный самолет использовался для борьбы с подводными лодками (ASW) и поисково-спасательных операций (SAR). Он был способен к взлету и посадке на коротких разбегах (STOL) и работал на очень малых скоростях. Его замена в роли SAR, ShinMaywa US-2, использует аналогичную систему, обеспечивающую возможность полета со скоростью 50 узлов. Эта технология также применяется в самолетах Boeing 787-9 Dreamliner.