Пограничный слой - это тонкий слой воздуха, непосредственно примыкающий к обтекаемой поверхности и тормозящийся о нее.
Непосредственно на обтекаемой поверхности скорость потока нулевая. В этом легко убедиться. Вспомните, например, крылья бабочек. Они покрыты тончайшей пыльцой, которая не сдувается набегающим потоком.
По мере удаления от поверхности тела ее влияние уменьшается и скорость потока увеличивается. Толщина пограничного слоя для сверхлегких летательных аппаратов (СЛА) составляет 2 - 12 мм. Различают ламинарный (ровный) и турбулентный (вихревой) пограничный слой (см. рис. 44).
Ламинарный пограничный слой встречается на очень гладких поверхностях обтекания, как правило, при малых скоростях и температурах набегающего потока.
Рис. 44. Пограничный слой
По мере удаления от передней кромки толщина пограничного слоя увеличивается, и он из ламинарного превращается в турбулентный. На парапланах и дельтапланах из-за шершавости материала, из которого изготовлены крылья, пограничный слой всегда турбулентный. При увеличении толщины пограничного слоя до некоторого критического значения происходит его отрыв от обтекаемой поверхности. Обсуждавшийся ранее «срыв потока» фактически определяется отрывом пограничного слоя.
Игравшие в футбол слышали о таком приеме, как закрутка мяча. Крученый мяч летит иначе, чем некрученый. Очевидно, в воздухе на него действует какая-то аэродинамическая сила. Формально задача сводится к тому, что нужно определить характер взаимодействия вращающегося шара и набегающего на него потока воздуха.
Для ответа на вопрос следует вспомнить, что известно о пограничном слое и об образовании подъемной силы на крыле с несимметричном профилем. На рис. 45 показаны схемы обтекания невращающегося и вращающегося шаров.
Рис. 45. Схемы обтекания невращающегося и вращающегося шара
Если шар не вращается, то воздух обтекает его симметрично. Струйки воздуха 1 и 2 обходят его сверху, а 3 и 4 - снизу. Аэродинамическая сила R направлена вдоль потока воздуха.
Когда шар начинает вращаться, картина обтекания меняется. Так как на поверхности тела скорость воздуха относительно тела нулевая, то струйка 3 при приближении к вращающейся поверхности мяча как бы захватывается ею, прилипает к ней и начинает обходить мяч сверху. Обтекание шара становится несимметричным.
Далее все происходит, как на крыле с несимметричным профилем. Струйка 3 бежит дальней дорогой, струйка 4 - ближней. Струйка 3 бежит быстрее. Над мячом возникает разрежение. У R появляется боковая составляющая, направленная в данном случае вверх.
Этот эксперимент можно провести и в домашних условиях, если использовать не тяжелый мяч, а легкий и круглый надувной воздушный шар. Если шар закрутить и одновременно бросить вперед, то полетит он не прямо, а по дуге.
