Sok fizikai jelenséget és törvényt talál az ember egészen véletlenül. Kezdve az Isaac Newton fejére esett legendás almától és a békésen fürdő Arkhimédésztől az új anyagok létrehozása és a biokémia terén elért legújabb felfedezésekig. A Coanda-effektus ugyanabba a felfedezéssorozatba tartozik. Furcsa módon, de gyakorlati alkalmazása a technológiában még mindig a kezdeti szakaszban van. Tehát mi a Coanda-effektus?
Felfedezési előzmények
Henri Coanda román mérnök a sugárhajtóművel felszerelt, de fa karosszériájú kísérleti repülőgépének tesztelése során, hogy megakadályozza a karosszéria sugársugárból történő begyulladását, fém védőlemezeket helyezett el a sugárhajtómű oldalára. motorok. Ennek hatása azonban a vártnak az ellenkezője lett. A kifutó fúvókák ismeretlen okokból elkezdtek vonzódni ezekhez a védőlemezekhez, és az elhelyezésük helyén található repülőgépváz fa szerkezetei meggyulladhattak. A tesztek balesettel végződtek, de maga a feltaláló nemSzenvedett. Mindez a 20. század legelején történt.
Kísérleti ellenőrzés
A Coanda-effektus egy olyan jelenség, amelyet a konyhája kényelméből tesztelhet. Ha kinyitja a vizet a csapban, és egy lapos tányért visz a vízfolyáshoz, ezt a hatást saját szemével láthatja. A víz alig észrevehetően eltér a lemez felé. Ugyanakkor a víz áramlási sebessége nem lehet túl magas. Ez a jelenség elvileg bármilyen közegben megfigyelhető: vízben vagy levegőben. A lényeg az, hogy egy közeg áramlása és egy felület jelenléte az áramlással szomszédos egyik oldalon.
Egyébként ennek a jelenségnek van egy másik neve is: a vízforraló hatás. Ennek a hatásnak köszönhető, hogy a teáskanna megdöntésekor a víz nem a csészébe hullik, hanem a kifolyócsövön folyik le, elárasztva a terítőt, néha mások térdét. Mivel a hidrodinamika és az aerodinamika törvényei összességében – néhány kivételtől eltekintve – gyakorlatilag azonosak, hogy ne ismétlődjenek meg, a jövőben a Coanda-effektust figyelembe veszik a levegő környezetében.
A jelenség fizikája
A Coanda-effektus az áramlásban keletkező nyomáskülönbségen alapul, ha az áramlást korlátozó fal jelenléte megakadályozza a levegő szabad bejutását az egyik oldalról. Bármely légáramlás különböző sebességű rétegekből áll. Ugyanakkor kísérletileg bebizonyosodott, hogy a légréteg és a szomszédos szilárd felület közötti súrlódási erő kisebb, mint az egyes légrétegek között. Így a felszínhez közel elhaladó légréteg sebessége azaz ettől a felülettől távoli levegőréteg sebessége felett.
Sőt, kellően nagy távolságban az egyik levegőréteg felülethez viszonyított sebessége általában nullával egyenlő. Kiderül, hogy egy nem egyenletes sebességmező az áramlási magasság mentén. A gázdinamika törvényeinek megfelelően itt keresztirányú nyomáskülönbség keletkezik, amely az áramlást alacsonyabb nyomás felé, vagyis oda, ahol a légréteg sebessége nagyobb - a határoló fal felé tereli. A fúvóka és a felület alakjának megválasztásával, távolságokkal és sebességgel kísérletezve az áramlási irány meglehetősen széles tartományban változtatható.
Matek
A leírt jelenséget nagyon sokáig egyáltalán nem ismerték fel, annak ellenére, hogy nyilvánvaló volt, és viszonylag könnyű volt a kísérleti ellenőrzés. Ezután szükség volt az erő és az erő vektorának elméleti számításaira, vagyis a Coanda-effektus kiszámítására. Ilyen számításokat különféle típusú fúvókákra végeztek.
A származtatott képletek meglehetősen nehézkesek, és a differenciálszámítás és a trigonometria kombinációját képviselik. De ezek az összetett és többlépéses számítások csak hozzávetőleges eredményt adhatnak. Mindez persze nem papíron, hanem számítógépekbe ágyazott modern algoritmusok segítségével történik. Valódi értékeket azonban csak kísérleti úton kaphatunk. Túl sok tényező járul hozzá ehhez a hatáshoz, és nem mindegyik írható le matematikai képletekkel.
Mitől függ ez a jelenség
Eltekintve a képletek rendkívüli szakértelmet igénylő bonyolult elemzésétől, a Coanda-effektus erőssége az áramlási sebességtől, az áramlási átmérő arányától és a fal görbületétől függ. Kísérletek kimutatták, hogy nagy jelentősége van a fúvóka elhelyezkedésének és átmérőjének, a falfelület érdességének, az áramlás és az azt korlátozó fal távolságának, valamint magának a falnak a formája. Azt is meg kell jegyezni, hogy a Coanda-effektus erősebb a turbulens áramlásban.
Mit talált még ki a felfedező?
A jelenség felfedezése után A. Coanda elkezdte fejleszteni és gyakorlati alkalmazásai után kutatni. Erőfeszítésének eredménye a repülő esernyő feltalálására vonatkozó szabadalom lett. Ha a félgömb közepére esernyőhöz hasonló fúvókákat szerelnek fel, amelyek gázáramot lövellnek ki, akkor a Coanda-effektusnak megfelelően ez a sugár a félteke felületéhez nyomódik és lefelé áramlik, így egy alacsony tartományt hoz létre. nyomást az esernyő fölé, felfelé tolva. Maga a feltaláló egy repülőgép szárnyának nevezte, gyűrűbe gördítve.
A találmány gyakorlatba ültetésére tett kísérletek nem jártak sikerrel. Ennek oka a készülék instabilitása a levegőben. A légi instabil szerkezetek intelligens vezérlése terén a közelmúltban elért eredmények, az úgynevezett Fly by Wire elv azonban reményt ad ennek az egzotikus repülőgépnek a megjelenésére.
Mit sikerült elérni
Bár a feltaláló esernyőjét nem lehetett a levegőbe emelni, a Coanda-effektusa repülést használják, de viszonylag másodlagos területeken. A legkiemelkedőbb példák közül egy, a 40-es években kifejlesztett farokrotor nélküli helikoptert említhetjük, amelynek a főrotor forgását kompenzáló funkcióit a hátulsó ventilátor és a speciális vezetőkkel ellátott fúvókák látták el. Ugyanez a rendszer tette lehetővé a helikopter irányítását dőlésszögben és dőlésszögben. Ezt alkalmazták az MD 520N, MD 600N és MD Explorer készülékeken.
Repülőgépeken a Coanda-effektus mindenekelőtt a felhajtóerő növekedése a hajtóműből a szárny felső felülete felé irányuló további légáramlás révén, ami a gépesítés feloldásakor ad maximális hatást, vagyis amikor a szárny a leginkább „domború” profillal rendelkezik, ami lehetővé teszi, hogy az áramlás szinte függőlegesen lefelé távozzon. Ezt a szovjet An-72, An-74 és An-70 repülőgépeken hajtották végre. Mindezen gépek javított fel- és leszállási jellemzőkkel rendelkeznek, lehetővé téve a rövid fel- és leszállási sávok használatát.
Az amerikai technológiából a „Boeing C-7” névre keresztelhetjük, ugyanezen az elven, valamint számos kísérleti gépen. A háború utáni időszakban számos kísérlet történt a Coanda-effektus elvein alapuló repülőgép létrehozására. Mindegyik repülő csészealj alakú volt, és egy bizonyos idő elteltével mindegyiket bezárták technikai nehézségek miatt. Lehetséges, hogy ezek a munkálatok jelenleg szigorúan őrzött formában folynak.
A mennyből a földre és a víz alá
A kerekek tapadásának növelése érdekében a Coanda-effektust kezdték használniés a Forma-1-es autók terveiben. A gépek diffúzorokkal és burkolatokkal vannak felszerelve, amelyekhez nyomják a kipufogógázok áramlását, biztosítva a kívánt hatást. A fenti képen a kontúrokhoz tapadt kipufogógázok mozgása látható, annak ellenére, hogy maga a kipufogócső felfelé mutat.
A szárazföldi szállítás mellett kísérleti munkákat végeztek és végeznek e jelenség tengeralattjárókon való felhasználásával kapcsolatban. Különösen egy meglehetősen egzotikus víz alatti kerékpárt hoztak létre Szentpéterváron, valamilyen oknál fogva angolul - Blue Space-nek, amelyet "kék térnek" fordítanak. Amit a mozgáshoz használ, az a Coanda-effektus. A „víz alatti kerékpár” elé burkolatok vannak felszerelve, amelyekben evezőgörgők vannak felszerelve, amelyek speciális nyílásokon keresztül szívják a vizet. A vizet ezután a géptest felületére nyomják, tolóerőt hozva létre annak felületén. A víz körbefolyik az egész hajótestet, visszaszívja a far résébe, és kinyomja.