Je veľa fyzikálnych javov a zákonov, ktoré človek objavil celkom náhodou. Počnúc legendárnym jablkom, ktoré padlo na hlavu Isaaca Newtona a pokojne sa kúpajúceho Archimedesa, až po najnovšie objavy v oblasti vytvárania nových materiálov a biochémie. Efekt Coanda patrí do rovnakej série objavov. Napodiv, ale jeho praktická aplikácia v technológii je stále v úplnom počiatočnom štádiu. Čo je teda efekt Coanda?
História objavov
Rumunský inžinier Henri Coanda pri testovaní svojho experimentálneho lietadla, vybaveného prúdovým motorom, no s drevenou karosériou, aby sa zabránilo vznieteniu tela prúdom prúdu, nainštaloval na bokoch ochranné kovové platne. motory. Tento efekt sa však ukázal byť opačný, ako sa očakávalo. Dosluhujúce trysky sa z neznámych dôvodov začali priťahovať k týmto ochranným platniam a drevené konštrukcie draku lietadla umiestnené v oblasti ich umiestnenia sa mohli vznietiť. Testy sa skončili nehodou, no samotný vynálezca nieUtrpel. Toto všetko sa stalo na samom začiatku 20. storočia.
Experimentálne overenie
Coanda efekt je fenomén, ktorý si môžete vyskúšať z pohodlia vašej kuchyne. Ak otvoríte vodu v kohútiku a k prúdu vody prinesiete plochý tanier, môžete tento efekt vidieť na vlastné oči. Voda sa sotva zreteľne odchýli smerom k tanieru. Zároveň nemusí byť prietok vody veľmi vysoký. V zásade sa tento jav pozoruje v akomkoľvek médiu: vo vode alebo vo vzduchu. Hlavná vec je prítomnosť stredného toku a prítomnosť povrchu susediaceho s týmto tokom na jednej strane.
Mimochodom, tento jav má aj iný názov – efekt varnej kanvice. Práve vďaka tomuto efektu pri naklonení kanvičky voda z nej nepadá do šálky, ale steká po hubičke a zaplavuje tak obrus a niekedy aj kolená ostatných. Keďže zákony hydrodynamiky a aerodynamiky sú ako celok až na malé výnimky prakticky totožné, aby sa neopakovali, v budúcnosti sa bude pre ovzdušie uvažovať s Coandovým efektom.
Fyzika fenoménu
Coandov efekt je založený na výslednom tlakovom rozdiele v prúdení v prítomnosti steny obmedzujúcej toto prúdenie a brániacej voľnému prístupu vzduchu z jednej strany. Akýkoľvek prúd vzduchu pozostáva z vrstiev s rôznymi rýchlosťami. Zároveň bolo experimentálne dokázané, že trecia sila medzi vzduchovou vrstvou a priľahlým pevným povrchom je menšia ako medzi jednotlivými vzduchovými vrstvami. Ukazuje sa teda, že rýchlosť vzduchovej vrstvy prechádzajúcej blízko povrchu jenad rýchlosťou vrstvy vzduchu vzdialenej od tohto povrchu.
Okrem toho pri dostatočne veľkej vzdialenosti sa rýchlosť jednej z vrstiev vzduchu vzhľadom na povrch vo všeobecnosti rovná nule. Ukazuje sa nerovnomerné pole rýchlostí pozdĺž výšky toku. V súlade so zákonmi dynamiky plynov tu vzniká priečny tlakový rozdiel, ktorý vychyľuje prúdenie smerom k nižšiemu tlaku, teda tam, kde je rýchlosť vzduchovej vrstvy vyššia - k ohraničujúcej stene. Výberom tvaru trysky a povrchu, experimentovaním so vzdialenosťami a rýchlosťou je možné meniť smer prúdenia v pomerne širokom rozsahu.
Math
Popísaný jav nebol veľmi dlho vôbec rozpoznaný, napriek jeho očividnosti a relatívnej jednoduchosti experimentálneho overenia. Potom boli potrebné teoretické výpočty sily a vektora tejto sily, teda výpočet Coandovho efektu. Takéto výpočty sa robili pre rôzne typy prúdových lietadiel.
Odvodené vzorce sú dosť ťažkopádne a predstavujú kombináciu diferenciálneho počtu s trigonometriou. Tieto zložité a viacstupňové výpočty však môžu poskytnúť iba približný výsledok. To všetko samozrejme nie je vypočítané na papieri, ale pomocou moderných algoritmov zabudovaných do počítačov. Skutočné hodnoty však možno získať iba experimentálne. K tomuto efektu prispieva príliš veľa faktorov a nie všetky sa dajú opísať pomocou matematických vzorcov.
Od čoho tento jav závisí
Ak odhliadneme od prepracovanej analýzy vzorcov, ktorá si vyžaduje mimoriadnu zručnosť, sila Coandovho efektu závisí od rýchlosti prúdenia, pomeru priemeru prúdenia a zakrivenia steny. Experimenty ukázali, že veľký význam má umiestnenie a priemer dýzy, drsnosť povrchu steny, vzdialenosť medzi prúdením a stenou, ktorá ho obmedzuje, ako aj tvar samotnej steny. Je tiež potrebné poznamenať, že Coandov efekt je výraznejší pri turbulentnom prúdení.
Na čo ešte objaviteľ prišiel
Po objavení fenoménu ho A. Coanda začal rozvíjať a hľadať praktické aplikácie. Výsledkom jeho snaženia bol patent na vynález lietajúceho dáždnika. Ak sú v strede pologule nainštalované dýzy podobné dáždniku, ktoré vystrekujú prúd plynov, potom v súlade s Coandovým efektom bude tento prúd pritlačený k povrchu pologule a bude prúdiť nadol, čím sa vytvorí oblasť nízkeho tlaku. tlak nad dáždnikom a jeho vytlačenie nahor. Sám vynálezca to nazval krídlo lietadla zvinuté do prstenca.
Pokusy uviesť tento vynález do praxe neboli úspešné. Dôvodom je nestabilita aparátu na vzduchu. Nedávne pokroky v oblasti inteligentného riadenia nestabilných štruktúr vo vzduchu, takzvaný princíp Fly by Wire, však dávajú nádej na vznik tohto exotického lietadla.
Čo sa podarilo
Hoci nebolo možné zdvihnúť dáždnik vynálezcu do vzduchu, Coandov efekt v r.letectvo sa používa, ale relatívne povedané v sekundárnych oblastiach. Z najvýznamnejších príkladov je možné uviesť vrtuľník bez chvostového rotora vyvinutý v 40-tych rokoch, ktorého funkcie na kompenzáciu rotácie hlavného rotora boli vykonávané ventilátorom inštalovaným v zadnej časti a tryskami so špeciálnymi vodidlami. Rovnaký systém umožnil ovládať vrtuľník pri vybočovaní a nakláňaní. Toto bolo aplikované na MD 520N, MD 600N a MD Explorer.
Na lietadlách je Coandovým efektom predovšetkým zvýšenie vztlaku dodatočným prúdením vzduchu z motora na hornú plochu krídla, čo dáva maximálny efekt pri uvoľnení mechanizácie, teda pri krídlo má najviac „konvexný“profil, čo umožňuje prúdenie vzduchu takmer zvisle dole. Toto bolo implementované na sovietskych lietadlách An-72, An-74 a An-70. Všetky tieto stroje majú vylepšené vzletové a pristávacie charakteristiky, čo umožňuje použitie krátkych vzletových a pristávacích dráh.
Z americkej techniky môžeme pomenovať „Boeing C-7“, využívajúci rovnaký princíp, ako aj množstvo experimentálnych strojov. V povojnovom období sa uskutočnilo veľa pokusov o vytvorenie lietadla založeného na princípoch Coandovho efektu. Všetky mali tvar lietajúceho taniera a všetky boli po určitom čase pre technické problémy zatvorené. Je možné, že tieto práce sú v súčasnosti vykonávané v prísne stráženej forme.
Z neba na zem a pod vodu
Na zvýšenie priľnavosti kolies k dráhe sa začal využívať Coanda efekta v dizajne automobilov Formuly 1. Stroje sú vybavené difúzormi a aerodynamickými krytmi, na ktoré sa tlačí prúd výfukových plynov, čím sa dosiahne požadovaný efekt. Vyššie uvedený obrázok ukazuje pohyb výfukových plynov prilepených k obrysom, napriek tomu, že samotné výfukové potrubie smeruje nahor.
Okrem pozemnej dopravy prebiehali a prebiehajú aj experimentálne práce súvisiace s využitím tohto javu na ponorkách. Najmä v Petrohrade vznikol pomerne exotický podvodný bicykel, z nejakého dôvodu po anglicky nazývaný – Blue Space, v preklade „modrý priestor“. To, čo používa na pohyb, je Coanda efekt. Pred „podvodným bicyklom“sú nainštalované kapotáže, v ktorých sú namontované veslovacie valce, ktoré nasávajú vodu cez špeciálne štrbiny. Voda je potom tlačená na povrch telesa stroja a vytvára na jeho povrchu ťah. Voda obteká celý trup, nasáva sa späť do otvoru v korme a vytláča sa von.
