Det finns många fysiska fenomen och lagar som människan upptäckte helt av en slump. Från det legendariska äpplet som föll över huvudet på Isaac Newton, och Arkimedes som lugnt tog ett bad, till de senaste upptäckterna inom området för att skapa nya material och biokemi. Coanda-effekten tillhör samma serie upptäckter. Konstigt nog, men dess praktiska tillämpning inom teknik är fortfarande i det allra första skedet. Så, vad är Coanda-effekten?
Upptäcktshistorik
den rumänske ingenjören Henri Coanda installerade, medan han testade sitt experimentella flygplan, utrustat med en jetmotor, men med en träkropp, för att förhindra antändning av kroppen från en jetström, skyddande metallplattor på sidorna av motorer. Effekten av detta visade sig dock bli den motsatta av vad som förväntades. De utgående jetplanen började, av okända skäl, attraheras av dessa skyddande plattor och trästrukturerna på flygplanet som ligger i området för deras placering kunde antändas. Testerna slutade i en olycka, men det gjorde inte uppfinnaren självLidt. Allt detta hände i början av 1900-talet.
Experimentell verifiering
Coanda-effekten är ett fenomen som du kan testa från bekvämligheten av ditt kök. Om du öppnar vattnet i kranen och tar med en platt tallrik till vattenströmmen kan du se denna effekt med dina egna ögon. Vatten kommer knappt märkbart att avvika mot plattan. Samtidigt kan vattnets flödeshastighet inte vara särskilt hög. I princip observeras detta fenomen i vilket medium som helst: vatten eller luft. Huvudsaken är närvaron av ett medelflöde och närvaron av en yta intill detta flöde på ena sidan.
Förresten, det här fenomenet har ett annat namn - vattenkokareeffekten. Det är tack vare denna effekt att när tekannan lutar faller vattnet från den inte ner i koppen, utan rinner ner i pipen och svämmar över bordsduken och ibland andras knän. Eftersom hydrodynamikens lagar och aerodynamiken som helhet, med få undantag, är praktiskt taget identiska, för att inte upprepas, kommer Coanda-effekten i framtiden att övervägas för luftmiljön.
Fenomenets fysik
Coanda-effekten är baserad på den resulterande tryckskillnaden i flödet i närvaro av en vägg som begränsar detta flöde, vilket förhindrar fri tillgång för luft från ena sidan. Varje luftflöde består av skikt med olika hastigheter. Samtidigt har det experimentellt bevisats att friktionskraften mellan luftskiktet och den intilliggande fasta ytan är mindre än mellan enskilda luftskikt. Således visar sig hastigheten för luftskiktet som passerar nära ytan varaöver hastigheten för luftskiktet på avstånd från denna yta.
Dessutom, på ett tillräckligt stort avstånd, kommer hastigheten för ett av luftlagren i förhållande till ytan i allmänhet att vara lika med noll. Det visar sig ett ojämnt fält av hastigheter längs flödeshöjden. I enlighet med gasdynamikens lagar uppstår här en tvärgående tryckskillnad som avleder flödet mot lägre tryck, det vill säga dit luftlagrets hastighet är högre - mot begränsningsväggen. Genom att välja form på munstycke och yta, experimentera med avstånd och hastighet, är det möjligt att ändra flödesriktningen inom ett ganska brett område.
Math
Under mycket lång tid kändes inte det beskrivna fenomenet igen, trots dess självklarhet och den relativa lättheten att verifiera experiment. Sedan fanns det ett behov av teoretiska beräkningar av kraften och vektorn för denna kraft, det vill säga för att beräkna Coanda-effekten. Sådana beräkningar gjordes för olika typer av jetplan.
De härledda formlerna är ganska besvärliga och representerar en kombination av differentialkalkyl med trigonometri. Men dessa komplexa och flerstegsberäkningar kan bara ge ett ungefärligt resultat. Allt detta är naturligtvis inte beräknat på papper, utan med hjälp av moderna algoritmer inbäddade i datorer. Men verkliga värden kan endast erhållas experimentellt. Alltför många faktorer bidrar till denna effekt, och alla kan inte beskrivas med matematiska formler.
Vad beror detta fenomen på
Om man bortser från den utarbetade analysen av formlerna, som kräver extraordinär skicklighet, beror styrkan på Coanda-effekten på flödeshastigheten, förhållandet mellan flödesdiametern och väggens krökning. Experiment har visat att munstyckets placering och diameter, väggytans grovhet, avståndet mellan flödet och väggen som begränsar det, samt själva väggens form, har stor betydelse. Det noteras också att Coanda-effekten är mer uttalad i turbulent flöde.
Vad mer kom upptäckaren på
Efter upptäckten av fenomenet började A. Coanda utveckla det och leta efter praktiska tillämpningar. Resultatet av hans ansträngningar var ett patent på uppfinningen av ett flygande paraply. Om munstycken är installerade i mitten av halvklotet som liknar ett paraply, som sprutar ut en ström av gaser, kommer, i enlighet med Coanda-effekten, denna ström att pressas mot ytan av halvklotet och strömma nedåt, vilket skapar ett område med låg tryck ovanför paraplyet, tryck upp det. Uppfinnaren själv kallade den för flygplansvingen, rullad in i en ring.
Försök att omsätta denna uppfinning i praktiken har inte varit framgångsrika. Orsaken är apparatens instabilitet i luften. De senaste framstegen inom området intelligent kontroll av instabila strukturer i luften, den så kallade Fly by Wire-principen, ger dock hopp om uppkomsten av detta exotiska flygplan.
Vad åstadkoms
Även om det inte var möjligt att lyfta upp uppfinnarens paraply i luften, var Coanda-effekten iflyg används, men relativt sett i sekundära områden. Av de mest framstående exemplen kan man nämna en helikopter utan en svansrotor utvecklad på 40-talet, vars funktioner för att kompensera för huvudrotorns rotation utfördes av en fläkt installerad på baksidan och munstycken med speciella styrningar. Samma system gjorde det möjligt att styra helikoptern i gir och stigning. Detta har tillämpats på MD 520N, MD 600N och MD Explorer.
På flygplan är Coanda-effekten först och främst en ökning av lyftkraften genom ytterligare luftflöde från motorn till den övre ytan av vingen, vilket ger maximal effekt när mekaniseringen släpps, det vill säga när vingen har den mest "konvexa" profilen, vilket gör att flödet kan lämna nästan vertik alt nedåt. Detta har implementerats på sovjetiska An-72, An-74 och An-70 flygplan. Alla dessa maskiner har förbättrade start- och landningsegenskaper, vilket möjliggör användning av korta start- och landningsbanor.
Från amerikansk teknologi kan vi döpa "Boeing C-7", med samma princip, samt ett antal experimentella maskiner. Under efterkrigstiden gjordes många försök att skapa ett flygplan baserat på principerna för Coanda-effekten. Alla hade formen av ett flygande tefat, och alla stängdes efter en viss tid på grund av tekniska svårigheter. Det är möjligt att dessa arbeten utförs i en strikt bevakad form för närvarande.
Från himmel till jord och under vatten
För att öka greppet på hjulen med banan började Coanda-effekten användasoch i formerna för Formel 1-bilar. Maskinerna är utrustade med diffusorer och kåpor, mot vilka flödet av avgaser pressas, vilket ger önskad effekt. Bilden ovan visar rörelsen av avgaser som fastnar i konturerna, trots att själva avgasröret pekar uppåt.
Förutom landtransporter har och genomförs experimentellt arbete relaterat till användningen av detta fenomen på ubåtar. I synnerhet skapades en ganska exotisk undervattenscykel i St. Petersburg, av någon anledning kallad på engelska - Blue Space, översatt som "blue space". Det han använder för att flytta runt är Coanda-effekten. Kåpor är installerade framför "undervattenscykeln", där roddrullar är monterade och suger vatten genom speciella slitsar. Vattnet trycks sedan på ytan av maskinkroppen, vilket skapar tryck på dess yta. Vatten rinner runt hela skrovet, sugs tillbaka in i springan i aktern och trycks ut.
