Ir daudzas fiziskas parādības un likumus, ko cilvēks atklāj pavisam nejauši. Sākot no leģendārā ābola, kas uzkrita uz galvas Īzakam Ņūtonam, un Arhimēda miermīlīgā vannā, līdz jaunākajiem atklājumiem jaunu materiālu radīšanas un bioķīmijas jomā. Koandas efekts pieder tai pašai atklājumu sērijai. Savādi, bet tā praktiskā pielietošana tehnoloģijā joprojām ir pašā sākuma stadijā. Tātad, kāds ir Koandas efekts?
Atklājumu vēsture
Rumāņu inženieris Anrī Koanda, izmēģinot savu eksperimentālo lidmašīnu, kas aprīkots ar reaktīvo dzinēju, bet kam ir koka korpuss, lai novērstu korpusa aizdegšanos no strūklas plūsmas, uzstādīja aizsargmetāla plāksnes sānos. dzinēji. Tomēr tā ietekme izrādījās pretēja gaidītajam. Strūklas, kurām beidzās derīguma termiņš, nezināmu iemeslu dēļ sāka pievilkties pie šīm aizsargplāksnēm, un to novietojuma zonā esošās lidmašīnas korpusa koka konstrukcijas varēja aizdegties. Pārbaudes beidzās ar negadījumu, bet pats izgudrotājs neCietuši. Tas viss notika 20. gadsimta pašā sākumā.
Eksperimentāla pārbaude
Koandas efekts ir parādība, ko varat pārbaudīt, ērti atrodoties savā virtuvē. Atverot ūdeni krānā un pie ūdens straumes pienesot plakanu šķīvi, šo efektu var redzēt savām acīm. Ūdens tik tikko manāmi novirzīsies uz plāksnes pusi. Tajā pašā laikā ūdens plūsmas ātrums var nebūt ļoti augsts. Principā šī parādība tiek novērota jebkurā vidē: ūdenī vai gaisā. Galvenais ir vidējas plūsmas klātbūtne un virsmas klātbūtne, kas atrodas blakus šai plūsmai vienā pusē.
Starp citu, šai parādībai ir cits nosaukums - tējkannas efekts. Tieši pateicoties šim efektam, kad tējkanna ir sašķiebta, ūdens no tās nevis iekrīt krūzē, bet plūst pa snīpi, appludinot galdautu, dažreiz arī citu ceļgalus. Tā kā hidrodinamikas un aerodinamikas likumi kopumā, ar dažiem izņēmumiem, ir praktiski identiski, lai neatkārtotos, turpmāk tiks ņemts vērā Koandas efekts attiecībā uz gaisa vidi.
Parādības fizika
Coanda efekts ir balstīts uz plūsmas spiediena starpību, kas rodas sienas klātbūtnē, kas ierobežo šo plūsmu, neļaujot gaisam brīvi piekļūt no vienas puses. Jebkura gaisa plūsma sastāv no slāņiem ar dažādu ātrumu. Tajā pašā laikā eksperimentāli pierādīts, ka berzes spēks starp gaisa slāni un blakus esošo cieto virsmu ir mazāks nekā starp atsevišķiem gaisa slāņiem. Tādējādi izrādās, ka gaisa slāņa ātrums, kas iet tuvu virsmai, ir tādsvirs gaisa slāņa ātruma, kas atrodas tālu no šīs virsmas.
Turklāt pietiekami lielā attālumā viena gaisa slāņa ātrums attiecībā pret virsmu parasti būs vienāds ar nulli. Izrādās nevienmērīgs ātrumu lauks gar plūsmas augstumu. Saskaņā ar gāzes dinamikas likumiem šeit rodas šķērsvirziena spiediena starpība, kas novirza plūsmu uz zemāku spiedienu, tas ir, tur, kur gaisa slāņa ātrums ir lielāks - pret ierobežojošo sienu. Izvēloties sprauslas un virsmas formu, eksperimentējot ar attālumiem un ātrumu, iespējams mainīt plūsmas virzienu diezgan plašā diapazonā.
Math
Ļoti ilgu laiku aprakstītā parādība vispār netika atpazīta, neskatoties uz tās acīmredzamību un relatīvo eksperimentālās pārbaudes vieglumu. Tad radās nepieciešamība veikt teorētiskus spēka un šī spēka vektora aprēķinus, tas ir, aprēķināt Koandas efektu. Šādi aprēķini tika veikti dažāda veida sprauslām.
Atvasinātās formulas ir diezgan apgrūtinošas un attēlo diferenciālrēķina un trigonometrijas kombināciju. Bet šie sarežģītie un daudzpakāpju aprēķini var dot tikai aptuvenu rezultātu. Protams, tas viss nav aprēķināts uz papīra, bet gan izmantojot modernus, datoros iestrādātus algoritmus. Tomēr reālās vērtības var iegūt tikai eksperimentāli. Šo efektu veicina pārāk daudz faktoru, un ne visus tos var aprakstīt, izmantojot matemātiskas formulas.
No kā ir atkarīga šī parādība
Atmetot sarežģīto formulu analīzi, kas prasa neparastas prasmes, Coanda efekta stiprums ir atkarīgs no plūsmas ātruma, plūsmas diametra attiecības un sienas izliekuma. Eksperimenti pierādījuši, ka liela nozīme ir sprauslas novietojumam un diametram, sienas virsmas raupjumam, attālumam starp plūsmu un to ierobežojošo sienu, kā arī pašas sienas formai. Ir arī atzīmēts, ka Koandas efekts ir izteiktāks turbulentā plūsmā.
Ko vēl atklājējs izdomāja
Pēc fenomena atklāšanas A. Coanda sāka to izstrādāt un meklēt praktiskus pielietojumus. Viņa pūliņu rezultāts bija patents lidojoša lietussarga izgudrošanai. Ja puslodes centrā ir uzstādītas lietussargam līdzīgas sprauslas, izspiežot gāzu straumi, tad saskaņā ar Koandas efektu šī straume tiks nospiesta pret puslodes virsmu un plūdīs uz leju, radot zemu reģionu. spiedienu virs lietussarga, stumjot to uz augšu. Pats izgudrotājs to nosauca par lidaparāta spārnu, kas saritināts gredzenā.
Mēģinājumi likt lietā šo izgudrojumu nav bijuši veiksmīgi. Iemesls ir aparāta nestabilitāte gaisā. Tomēr nesenie sasniegumi nestabilu gaisa konstrukciju inteliģentas kontroles jomā, tā sauktais Fly by Wire princips, ļauj cerēt uz šīs eksotiskās lidmašīnas parādīšanos.
Kas tika paveikts
Lai gan izgudrotāja lietussargu nebija iespējams pacelt gaisā, Coandas efektsaviācija tiek izmantota, bet, nosacīti runājot, sekundārajās jomās. No izcilākajiem piemēriem var minēt 40. gados izstrādāto helikopteru bez astes rotora, kura funkcijas kompensēt galvenā rotora rotāciju veica aizmugurē uzstādītais ventilators un sprauslas ar speciālām vadotnēm. Tā pati sistēma ļāva vadīt helikopteru slīpumā un slīpumā. Tas ir piemērots modeļiem MD 520N, MD 600N un MD Explorer.
Lidmašīnās Coanda efekts, pirmkārt, ir pacēluma palielināšanās ar papildu gaisa plūsmu no dzinēja uz spārna augšējo virsmu, kas dod maksimālu efektu, kad tiek atbrīvota mehanizācija, tas ir, kad spārnam ir “izliektākais” profils, kas ļauj plūsmai iziet gandrīz vertikāli uz leju. Tas ir ieviests padomju lidmašīnās An-72, An-74 un An-70. Visām šīm mašīnām ir uzlabotas pacelšanās un nosēšanās īpašības, kas ļauj izmantot īsas pacelšanās un nosēšanās joslas.
No amerikāņu tehnoloģijām mēs varam nosaukt Boeing C-7, izmantojot to pašu principu, kā arī vairākas eksperimentālas mašīnas. Pēckara periodā tika veikti daudzi mēģinājumi izveidot lidmašīnu, kas balstīta uz Coanda efekta principiem. Visām tām bija lidojoša šķīvīša forma, un visas pēc noteikta laika tika slēgtas tehnisku grūtību dēļ. Iespējams, ka šobrīd šie darbi tiek veikti stingri apsargātā veidā.
No debesīm uz zemi un zem ūdens
Lai palielinātu riteņu saķeri ar sliežu ceļu, sāka izmantot Coanda efektuun Formula 1 automašīnu konstrukcijās. Mašīnas ir aprīkotas ar difuzoriem un apvalkiem, pret kuriem tiek nospiesta izplūdes gāzu plūsma, nodrošinot vēlamo efektu. Augšējā attēlā redzama izplūdes gāzu kustība, kas pielīp pie kontūrām, neskatoties uz to, ka pati izplūdes caurule ir vērsta uz augšu.
Papildus sauszemes transportam ir veikti un tiek veikti eksperimentāli darbi saistībā ar šīs parādības izmantošanu uz zemūdenēm. Jo īpaši Sanktpēterburgā tika izveidots diezgan eksotisks zemūdens velosipēds, ko nez kāpēc sauc angliski - Blue Space, tulkojot kā "zilā telpa". Tas, ko viņš izmanto, lai pārvietotos, ir Koandas efekts. “Zemūdens velosipēdam” priekšā ir uzstādīti apvalki, kuros ir uzstādīti airēšanas rullīši, kas sūc ūdeni caur īpašām spraugām. Pēc tam ūdens tiek uzspiests uz mašīnas korpusa virsmas, radot vilci uz tās virsmas. Ūdens plūst ap visu korpusu, tiek iesūkts atpakaļ spraugā pakaļgalā un tiek izspiests.
