Vitorlázáselmélet – A határréteg kialakulása és leválása

Szerző: Nagy Zoltán | 2011. October 13. 13:11

A vitorlán akkor keletkezik a legnagyobb felhajtóerő, ha a vitorla szél alatti oldala mentén kialakuló ún. határréteg-áramlás a vitorla teljes hosszában a vitorlához „tapad”, nem válik le.

Arvel Gentry, amerikai repülőmérnök és vitorlázó részletesen írta le ennek a határrétegnek a tulajdonságait, viselkedését. Elméletének helyességét kísérletekkel is igazolta.

A vitorla körüli légáramlás két típusú áramlási területre osztható fel: a külső áramlási területre és a határréteg-területre. Ez utóbbi a vitorla felületének közvetlen közelében lévő levegőréteg. A viszkozitás miatt a vitorlával közvetlen érintkezésben lévő levegőrészecskék a vitorlára tapadnak, azzal együtt mozognak, így a vitorlához viszonyított sebességük nulla lesz. A vitorlától kis távolságra lévő levegőrészecskék már valamilyen sebességgel mozognak a vitorlához képest, de még nem érik el a külső áramlás sebességét. A határrétegnek ott van a külső széle, ahol a levegőrészecskék a külső áramlási terület adott pontján kialakult sebességgel mozognak.

Az áramlás típusa szerint a határrétegen belül három terület található, amint az alábbi ábrán látható. A vitorla belépőéle közelében a vitorlától a határréteg széléig haladva a sebesség egyenletesen változik a határrétegen belül. Ez a lamináris (réteges) áramlású határréteg, röviden lamináris határréteg. A határrétegen belüli bizonytalanság, a vitorla egyenetlenségei (mint pl. a kötéllovasok, a forstág és a vitorlavarratok) által okozott áramlási zavarok és a levegőben mindig jelenlévő valamennyi természetes turbulencia miatt a lamináris áramlás egyenletes sebesség változását fokozatosan felváltja egy sokkal rendezetlenebb áramlás. Ez a szakasz a határréteg átmeneti területe, az átmeneti határréteg. E rövid átmeneti terület után a határrétegben már nagyon rendezetlenné válik áramlás. Ez a turbulens (gomolygó) határréteg-áramlási terület, a turbulens határréteg. A lamináris határréteg-áramlásból a turbulens határréteg-áramlásba való váltás nincs észrevehető hatással a külső áramlásra, ezért a vitorla felhajtóereje nem nagyon változik. A váltás észrevehető hatása az, hogy a turbulens áramlási területen nagyobb a súrlódásból származó ellenállás, mint a lamináris áramlási területen.