Există multe fenomene fizice și legi descoperite de om din întâmplare. Pornind de la legendarul măr care a căzut pe capul lui Isaac Newton, și Arhimede făcând o baie liniștită, până la cele mai recente descoperiri în domeniul creării de noi materiale și biochimie. Efectul Coanda aparține aceleiași serii de descoperiri. Destul de ciudat, dar aplicarea sa practică în tehnologie este încă la stadiul inițial. Deci, ce este efectul Coanda?
Istoricul descoperirilor
Inginerul român Henri Coanda, în timp ce își testa aeronava experimentală, echipată cu motor cu reacție, dar având corp din lemn, pentru a preveni aprinderea corpului de la un jet, a instalat plăci metalice de protecție pe părțile laterale ale motoare. Cu toate acestea, efectul acestui lucru s-a dovedit a fi opusul a ceea ce era de așteptat. Jeturile care expirau, din motive necunoscute, au început să fie atrase de aceste plăci de protecție și structurile din lemn ale corpului aeronavei situate în zona de amplasare a acestora s-ar putea aprinde. Testele s-au încheiat cu un accident, dar inventatorul însuși nu a făcut-oA suferit. Toate acestea s-au întâmplat chiar la începutul secolului al XX-lea.
Verificare experimentală
Efectul Coanda este un fenomen pe care îl poți testa din confortul bucătăriei tale. Dacă deschizi apa din robinet și aduci o farfurie plată în jet de apă, poți vedea acest efect cu ochii tăi. Apa abia se va abate vizibil spre farfurie. În același timp, debitul de apă poate să nu fie foarte mare. În principiu, acest fenomen se observă în orice mediu: apă sau aer. Principalul lucru este prezența unui flux mediu și prezența unei suprafețe adiacente acestui flux pe o parte.
Apropo, acest fenomen are un alt nume - efectul de ibric. Datorită acestui efect, atunci când ceainicul este înclinat, apa din acesta nu cade în ceașcă, ci curge în jos pe gura de scurgere, inundând fața de masă și, uneori, genunchii altora. Întrucât legile hidrodinamicii și ale aerodinamicii în ansamblu, cu puține excepții, sunt practic identice, pentru a nu se repeta, în viitor efectul Coanda va fi luat în considerare pentru mediul aerian.
Fizica fenomenului
Efectul Coanda se bazează pe diferența de presiune rezultată în debit în prezența unui perete care restricționează acest debit, împiedicând accesul liber al aerului dintr-o parte. Orice flux de aer este format din straturi cu viteze diferite. În același timp, s-a dovedit experimental că forța de frecare dintre stratul de aer și suprafața solidă adiacentă este mai mică decât între straturile individuale de aer. Astfel, viteza stratului de aer care trece aproape de suprafață se dovedește a fipeste viteza stratului de aer aflat la distanță de această suprafață.
Mai mult, la o distanță suficient de mare, viteza unuia dintre straturile de aer față de suprafață va fi în general egală cu zero. Se dovedește un câmp neuniform de viteze de-a lungul înălțimii curgerii. În conformitate cu legile dinamicii gazelor, aici apare o diferență de presiune transversală, care deviază fluxul către o presiune mai mică, adică către locul în care viteza stratului de aer este mai mare - spre peretele de delimitare. Prin alegerea formei duzei și a suprafeței, experimentând distanțe și viteză, este posibilă schimbarea direcției de curgere într-un interval destul de larg.
Matematic
De foarte multă vreme, fenomenul descris nu a fost deloc recunoscut, în ciuda evidenței sale și a relativității ușoare a verificării experimentale. Apoi a fost nevoie de calcule teoretice ale forței și vectorului acestei forțe, adică să se calculeze efectul Coanda. Astfel de calcule au fost făcute pentru diferite tipuri de avioane.
Formulele derivate sunt destul de greoaie și reprezintă o combinație de calcul diferențial cu trigonometrie. Dar aceste calcule complexe și în mai mulți pași pot da doar un rezultat aproximativ. Desigur, toate acestea nu sunt calculate pe hârtie, ci folosind algoritmi moderni încorporați în computere. Cu toate acestea, valorile reale pot fi obținute doar experimental. Prea mulți factori contribuie la acest efect și nu toți pot fi descriși folosind formule matematice.
De ce depinde acest fenomen
Lăsând deoparte analiza elaborată a formulelor, care necesită o îndemânare extraordinară, puterea efectului Coanda depinde de viteza curgerii, raportul dintre diametrul curgerii și curbura peretelui. Experimentele au arătat că locația și diametrul duzei, rugozitatea suprafeței peretelui, distanța dintre flux și peretele care îl limitează, precum și forma peretelui în sine, sunt de mare importanță. De asemenea, se remarcă faptul că efectul Coanda este mai pronunțat în debitul turbulent.
Ce a mai găsit descoperitorul
După descoperirea fenomenului, A. Coanda a început să-l dezvolte și să caute aplicații practice. Rezultatul eforturilor sale a fost un brevet pentru inventarea unei umbrele zburătoare. Dacă duzele sunt instalate în centrul emisferei asemănătoare cu o umbrelă, ejectând un flux de gaze, atunci, în conformitate cu efectul Coanda, acest flux va fi apăsat pe suprafața emisferei și va curge în jos, creând o regiune de jos. presiune deasupra umbrelei, împingând-o în sus. Inventatorul însuși a numit-o aripa unui avion, rostogolit într-un inel.
Încercările de a pune în practică această invenție nu au avut succes. Motivul este instabilitatea aparatului în aer. Cu toate acestea, progresele recente în domeniul controlului inteligent al structurilor instabile din aer, așa-numitul principiu Fly by Wire, dau speranță pentru apariția acestei aeronave exotice.
Ce s-a realizat
Deși nu a fost posibilă ridicarea în aer a umbrelei inventatorului, efectul Coanda înaviaţia este folosită, dar, relativ vorbind, în zone secundare. Dintre cele mai remarcabile exemple, se poate cita un elicopter fără rotor de coadă dezvoltat în anii 40, ale cărui funcții de compensare a rotației rotorului principal erau îndeplinite de un ventilator instalat în spate și duze cu ghidaje speciale. Același sistem a făcut posibilă controlul elicopterului în deplasare și înclinare. Acest lucru a fost aplicat pe MD 520N, MD 600N și MD Explorer.
La avioane, efectul Coanda este, în primul rând, o creștere a portanței prin flux suplimentar de aer de la motor către suprafața superioară a aripii, care dă efectul maxim atunci când se eliberează mecanizarea, adică atunci când aripa are cel mai „convex” profil, permițând fluxului să plece aproape vertical în jos. Acest lucru a fost implementat pe aeronavele sovietice An-72, An-74 și An-70. Toate aceste mașini au caracteristici îmbunătățite de decolare și aterizare, permițând utilizarea benzilor scurte de decolare și aterizare.
Din tehnologia americană, putem numi „Boeing C-7”, folosind același principiu, precum și o serie de mașini experimentale. În perioada postbelică s-au făcut multe încercări de a crea o aeronavă bazată pe principiile efectului Coanda. Toate aveau forma unei farfurii zburătoare, iar toate, după un anumit timp, au fost închise din cauza dificultăților tehnice. Este posibil ca aceste lucrări să fie efectuate într-o formă strict păzită în prezent.
Din cer pe pământ și sub apă
Pentru a crește aderența roților cu pistă, a început să fie folosit efectul Coandași în designul mașinilor de Formula 1. Mașinile sunt echipate cu difuzoare și carene, împotriva cărora este presat fluxul de gaze de eșapament, oferind efectul dorit. Imaginea de mai sus arată mișcarea gazelor de eșapament lipite de contururi, în ciuda faptului că țeava de evacuare în sine este îndreptată în sus.
Pe lângă transportul terestru, au fost și se desfășoară lucrări experimentale legate de utilizarea acestui fenomen pe submarine. În special, în Sankt Petersburg a fost creată o bicicletă subacvatică destul de exotică, din anumite motive numită în engleză - Blue Space, tradus ca „spațiu albastru”. Ceea ce folosește pentru a se mișca este efectul Coanda. Carenaje sunt instalate în fața „bicicletei subacvatice”, în care sunt montate role de vâsle, aspirând apă prin fante speciale. Apa este apoi împinsă pe suprafața corpului mașinii, creând împingere pe suprafața acesteia. Apa curge în jurul întregii carene, fiind aspirată înapoi în fanta din pupa și împinsă afară.
