Yra daug fizinių reiškinių ir dėsnių, kuriuos žmogus atrado visiškai atsitiktinai. Pradedant nuo legendinio obuolio, nukritusio ant Izaoko Niutono galvos, ir Archimedo taikiai besimaudančio vonioje iki naujausių atradimų naujų medžiagų kūrimo ir biochemijos srityje. Koandos efektas priklauso tai pačiai atradimų serijai. Kaip bebūtų keista, bet jo praktinis pritaikymas technologijose vis dar yra pradiniame etape. Taigi, kas yra Coandos efektas?
Atradimų istorija
Rumunų inžinierius Henri Coanda, bandydamas savo eksperimentinį orlaivį, aprūpintą reaktyviniu varikliu, bet turintį medinį korpusą, siekdamas išvengti kėbulo užsiliepsnojimo nuo reaktyvinės srovės, jo šonuose sumontavo apsaugines metalines plokštes. variklius. Tačiau tai pasirodė priešinga nei tikėtasi. Besibaigiantys purkštukai dėl neaiškių priežasčių pradėjo traukti prie šių apsauginių plokščių ir jų išdėstymo vietoje esančios medinės sklandmens konstrukcijos galėjo užsidegti. Bandymai baigėsi avarija, tačiau pats išradėjas – neIškentėjo. Visa tai įvyko pačioje XX amžiaus pradžioje.
Eksperimentinis patikrinimas
Coandos efektas yra reiškinys, kurį galite išbandyti patogiai savo virtuvėje. Jei atidarysite vandenį čiaupe ir prie vandens srovės pritrauksite plokščią lėkštę, šį efektą pamatysite savo akimis. Vanduo vos pastebimai nukryps link lėkštės. Tuo pačiu metu vandens srautas negali būti labai didelis. Iš esmės šis reiškinys pastebimas bet kurioje terpėje: vandenyje ar ore. Svarbiausia, kad vienoje pusėje būtų vidutinis srautas ir paviršius, esantis šalia šio srauto.
Beje, šis reiškinys turi kitą pavadinimą – virdulio efektas. Būtent šio efekto dėka arbatinuką pakreipus vanduo iš jo patenka ne į puodelį, o teka snapeliu, užliedamas st altiesę, o kartais ir kitų kelius. Kadangi hidrodinamikos ir visos aerodinamikos dėsniai, išskyrus keletą išimčių, yra praktiškai identiški, kad nepasikartotų, ateityje bus atsižvelgta į Coandos efektą oro aplinkai.
Reiškinio fizika
Coandos efektas pagrįstas srauto slėgio skirtumu, kai siena riboja šį srautą ir neleidžia laisvai patekti orui iš vienos pusės. Bet koks oro srautas susideda iš skirtingų greičių sluoksnių. Tuo pačiu eksperimentiškai įrodyta, kad trinties jėga tarp oro sluoksnio ir gretimo kieto paviršiaus yra mažesnė nei tarp atskirų oro sluoksnių. Taigi oro sluoksnio, praeinančio arti paviršiaus, greitis pasirodo esantisdidesnis už oro sluoksnio, nutolusio nuo šio paviršiaus, greitį.
Be to, esant pakankamai dideliam atstumui, vieno iš oro sluoksnių greitis paviršiaus atžvilgiu paprastai bus lygus nuliui. Pasirodo, netolygus greičių laukas išilgai srauto aukščio. Pagal dujų dinamikos dėsnius čia susidaro skersinis slėgio skirtumas, kuris nukreipia srautą į žemesnį slėgį, tai yra ten, kur oro sluoksnio greitis didesnis - link ribojančios sienelės. Pasirinkus purkštuko ir paviršiaus formą, eksperimentuojant su atstumais ir greičiu, galima keisti srauto kryptį gana plačiame diapazone.
Matematika
Labai ilgą laiką aprašytas reiškinys iš viso nebuvo atpažintas, nepaisant jo akivaizdumo ir gana lengvo eksperimentinio patikrinimo. Tada reikėjo atlikti teorinius jėgos ir šios jėgos vektoriaus skaičiavimus, tai yra, apskaičiuoti Coandos efektą. Tokie skaičiavimai buvo atlikti skirtingų tipų purkštukams.
Išvestinės formulės yra gana sudėtingos ir atspindi diferencialinio skaičiavimo ir trigonometrijos derinį. Tačiau šie sudėtingi ir kelių žingsnių skaičiavimai gali duoti tik apytikslį rezultatą. Žinoma, visa tai skaičiuojama ne popieriuje, o naudojant modernius kompiuteriuose įtaisytus algoritmus. Tačiau tikrąsias vertes galima gauti tik eksperimentiniu būdu. Per daug veiksnių prisideda prie šio poveikio ir ne visus juos galima apibūdinti naudojant matematines formules.
Nuo ko priklauso šis reiškinys
Atmetus sudėtingą formulių analizę, kuriai reikia nepaprastų įgūdžių, Coandos efekto stiprumas priklauso nuo srauto greičio, srauto skersmens santykio ir sienos kreivumo. Eksperimentais įrodyta, kad didelę reikšmę turi antgalio vieta ir skersmuo, sienos paviršiaus šiurkštumas, atstumas tarp srauto ir jį ribojančios sienos, taip pat pačios sienos forma. Taip pat pažymima, kad Coandos efektas yra ryškesnis esant turbulentiniam srautui.
Ką dar atradėjas sugalvojo
Atradus reiškinį, A. Coanda pradėjo jį kurti ir ieškoti praktinių pritaikymų. Jo pastangų rezultatas buvo skraidančio skėčio išradimo patentas. Jei pusrutulio centre yra sumontuoti purkštukai, panašūs į skėtį, išleidžiantys dujų srovę, tai pagal Coandos efektą šis srautas bus prispaustas prie pusrutulio paviršiaus ir tekės žemyn, sukurdamas žemo lygio regioną. slėgis virš skėčio, stumdamas jį aukštyn. Pats išradėjas jį pavadino orlaivio sparnu, susuktu į žiedą.
Bandymai pritaikyti šį išradimą praktiškai nebuvo sėkmingi. Priežastis – aparato nestabilumas ore. Tačiau pastarojo meto pažanga nestabilių struktūrų ore išmaniojo valdymo srityje, vadinamasis Fly by Wire principas, suteikia vilčių šio egzotiško orlaivio atsiradimui.
Kas buvo pasiekta
Nors išradėjo skėčio nebuvo įmanoma pakelti į orą, Coandos efektasaviacija naudojama, bet, santykinai kalbant, antrinėse srityse. Iš ryškiausių pavyzdžių galima paminėti 40-aisiais sukurtą sraigtasparnį be uodeginio rotoriaus, kurio pagrindinio rotoriaus sukimosi kompensavimo funkcijas atliko gale sumontuotas ventiliatorius ir purkštukai su specialiais kreiptuvais. Ta pati sistema leido valdyti sraigtasparnį posūkyje ir posūkyje. Tai buvo pritaikyta MD 520N, MD 600N ir MD Explorer.
Lėktuvuose Coandos efektas – tai visų pirma keliamoji jėga padidinus papildomą oro srautą iš variklio į viršutinį sparno paviršių, kuris suteikia maksimalų efektą atleidus mechanizaciją, t. sparnas turi labiausiai "išgaubtą" profilį, leidžiantį srautui išeiti beveik vertikaliai žemyn. Tai buvo įgyvendinta sovietiniuose An-72, An-74 ir An-70 lėktuvuose. Visos šios mašinos turi patobulintas kilimo ir tūpimo charakteristikas, todėl galima naudoti trumpas kilimo ir tūpimo juostas.
Amerikietiškos technologijos pagrindu galime pavadinti „Boeing C-7“, naudodami tą patį principą, taip pat daugybę eksperimentinių mašinų. Pokariu buvo daug bandymų sukurti lėktuvą, paremtą Coandos efekto principais. Visos jos buvo skraidančios lėkštės formos, o visos po tam tikro laiko buvo uždarytos dėl techninių nesklandumų. Gali būti, kad šie darbai šiuo metu atliekami griežtai saugoma forma.
Iš dangaus į žemę ir po vandeniu
Norint padidinti ratų sukibimą su vikšre, pradėtas naudoti Coandos efektasir Formulės 1 automobilių konstrukcijose. Mašinose sumontuoti difuzoriai ir gaubtai, prie kurių prispaudžiamas išmetamųjų dujų srautas, užtikrinantis norimą efektą. Aukščiau pateiktame paveikslėlyje pavaizduotas išmetamųjų dujų judėjimas, prilipęs prie kontūrų, nepaisant to, kad pats išmetimo vamzdis nukreiptas į viršų.
Be sausumos transporto, buvo ir yra atliekami eksperimentiniai darbai, susiję su šio reiškinio panaudojimu povandeniniuose laivuose. Visų pirma Sankt Peterburge buvo sukurtas gana egzotiškas povandeninis dviratis, kažkodėl angliškai vadinamas – Blue Space, išvertus kaip „mėlynoji erdvė“. Tai, ką jis naudoja judėdamas, yra Coandos efektas. Prieš „povandeninį dviratį“įrengiami aptakai, kuriuose sumontuoti irklavimo volai, siurbiantys vandenį per specialias angas. Tada vanduo stumiamas ant mašinos korpuso paviršiaus, sukuriant trauką ant jo paviršiaus. Vanduo teka aplink visą korpusą, įsiurbiamas atgal į laivagalio angą ir išstumiamas.
