Ihminen on löytänyt vahingossa monia fyysisiä ilmiöitä ja lakeja. Alkaen legendaarisesta Isaac Newtonin päähän putoavasta omenasta ja rauhanomaisesti kylpemisestä Arkhimedeksestä viimeisimpiin löytöihin uusien materiaalien ja biokemian luomisen alalla. Coanda-ilmiö kuuluu samaan löytösarjaan. Kummallista kyllä, mutta sen käytännön soveltaminen tekniikassa on vielä aivan alkuvaiheessa. Joten mikä on Coanda-ilmiö?
Löytöhistoria
Romanialainen insinööri Henri Coanda asensi suihkumoottorilla varustettua, mutta puurunkoista koelentokonettaan testatessaan rungon syttymisen estämiseksi suihkun sivuille suojaavat metallilevyt. moottorit. Tämän vaikutus osoittautui kuitenkin päinvastaiseksi kuin odotettiin. Vanhenevat suihkut alkoivat tuntemattomista syistä vetää puoleensa näitä suojalevyjä ja niiden sijoitusalueella sijaitsevat lentokoneen rungon puurakenteet saattoivat syttyä palamaan. Testit päättyivät onnettomuuteen, mutta keksijä itse eiKärsinyt. Kaikki tämä tapahtui aivan 1900-luvun alussa.
Kokeellinen vahvistus
Coanda-ilmiö on ilmiö, jota voit testata mukavasti keittiöstäsi. Jos avaat hanan veden ja tuot litteän lautasen vesivirtaan, näet tämän vaikutuksen omin silmin. Vesi tuskin poikkeaa lautasta kohti. Samaan aikaan veden virtausnopeus ei välttämättä ole kovin suuri. Periaatteessa tämä ilmiö havaitaan missä tahansa väliaineessa: vedessä tai ilmassa. Tärkeintä on väliaineen virtaus ja tämän virtauksen vieressä olevan pinnan olemassaolo toisella puolella.
Tällä ilmiöllä on muuten toinen nimi - vedenkeitinefekti. Tämän vaikutuksen ansiosta teekannua kallistettaessa vesi siitä ei putoa kuppiin, vaan virtaa alas juoksuputkea pitkin, tulviten pöytäliinan ja joskus muiden polvien. Koska hydrodynamiikan ja aerodynamiikan lait kokonaisuudessaan ovat muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta käytännössä identtiset, jotta ne eivät toistuisi, tulevaisuudessa Coanda-ilmiö otetaan huomioon ilmaympäristössä.
Ilmiön fysiikka
Coanda-ilmiö perustuu tuloksena olevaan paine-eroon virtauksessa seinän läsnä ollessa, joka rajoittaa tätä virtausta ja estää ilman vapaan pääsyn toiselta puolelta. Mikä tahansa ilmavirta koostuu kerroksista, joilla on eri nopeus. Samalla on kokeellisesti todistettu, että ilmakerroksen ja viereisen kiinteän pinnan välinen kitkavoima on pienempi kuin yksittäisten ilmakerrosten välillä. Siten pintaa läheltä kulkevan ilmakerroksen nopeus osoittautuu olevantästä pinnasta kaukana olevan ilmakerroksen nopeuden yläpuolella.
Lisäksi riittävän suurella etäisyydellä yhden ilmakerroksen nopeus pintaan nähden on yleensä nolla. Osoittautuu epäyhtenäinen nopeuskenttä virtauskorkeutta pitkin. Kaasudynamiikan lakien mukaisesti syntyy tässä poikittaispaine-ero, joka ohjaa virtauksen kohti alentaa painetta, eli sinne, missä ilmakerroksen nopeus on suurempi - kohti rajaseinää. Valitsemalla suuttimen ja pinnan muotoa, kokeilemalla etäisyyksiä ja nopeutta, on mahdollista muuttaa virtaussuuntaa melko laajalla alueella.
Math
Kuvattua ilmiötä ei hyvin pitkään tunnistettu ollenkaan huolimatta sen ilmeisyydestä ja suhteellisen helppoudesta kokeellisesti todentaa. Sitten tarvittiin teoreettisia laskelmia voimasta ja tämän voiman vektorista, eli Coanda-ilmiön laskemisesta. Tällaiset laskelmat tehtiin erityyppisille suihkuille.
Johdetut kaavat ovat melko hankalia ja edustavat differentiaalilaskennan ja trigonometrian yhdistelmää. Mutta nämä monimutkaiset ja monivaiheiset laskelmat voivat antaa vain likimääräisen tuloksen. Kaikkea tätä ei tietenkään lasketa paperille, vaan käyttämällä nykyaikaisia tietokoneisiin upotettuja algoritmeja. Todelliset arvot voidaan kuitenkin saada vain kokeellisesti. Liian monet tekijät vaikuttavat tähän vaikutukseen, eikä niitä kaikkia voida kuvata matemaattisilla kaavoilla.
Mistä tämä ilmiö riippuu
Kaavojen monimutkainen analyysi, joka vaatii poikkeuksellista taitoa, Coanda-ilmiön voimakkuus riippuu virtausnopeudesta, virtauksen halkaisijan ja seinän kaarevuuden suhteesta. Kokeet ovat osoittaneet, että suuttimen sijainti ja halkaisija, seinäpinnan karheus, virtauksen ja sitä rajoittavan seinän välinen etäisyys sekä itse seinän muoto ovat erittäin tärkeitä. On myös huomattava, että Coanda-ilmiö on voimakkaampi turbulentissa virtauksessa.
Mitä muuta keksijä keksi
Ilmiön löytämisen jälkeen A. Coanda alkoi kehittää sitä ja etsiä käytännön sovelluksia. Hänen ponnistelunsa tulos oli patentti lentävän sateenvarjon keksinnölle. Jos puolipallon keskelle asennetaan sateenvarjon k altaiset suuttimet, jotka suihkuttavat kaasuvirran, Coanda-ilmiön mukaisesti tämä virta puristuu pallonpuoliskon pintaa vasten ja virtaa alaspäin, jolloin syntyy matala alue. painetta sateenvarjon yläpuolelle työntämällä sitä ylös. Keksijä itse kutsui sitä renkaaksi kierretyksi lentokoneen siiveksi.
Yritykset panna tämä keksintö käytäntöön eivät ole onnistuneet. Syynä on laitteen epävakaus ilmassa. Viimeaikaiset edistysaskeleet ilmassa olevien epävakaiden rakenteiden älykkäässä ohjauksessa, niin sanotussa Fly by Wire -periaatteessa, antavat kuitenkin toivoa tämän eksoottisen lentokoneen syntymiselle.
Mitä saavutettiin
Vaikka keksijän sateenvarjoa ei ollut mahdollista nostaa ilmaan, Coanda-ilmiöilmailua käytetään, mutta suhteellisesti toissijaisilla alueilla. Merkittävimmistä esimerkeistä voidaan mainita 40-luvulla kehitetty pyrstöroottoriton helikopteri, jonka pääroottorin pyörimistä kompensoivat toiminnot takaosaan asennettu tuuletin ja erikoisohjaimilla varustetut suuttimet. Sama järjestelmä mahdollisti helikopterin ohjaamisen suunnassa ja kallistuksessa. Tätä on käytetty malleissa MD 520N, MD 600N ja MD Explorer.
Lentokoneissa Coanda-ilmiö on ennen kaikkea nostovoiman lisäys moottorista siiven yläpintaan tulevalla lisäilmavirralla, mikä antaa maksimaalisen vaikutuksen, kun koneistus vapautetaan, eli kun siivessä on "kuperin" profiili, jolloin virtaus pääsee lähtemään lähes pystysuoraan alaspäin. Tämä on toteutettu Neuvostoliiton An-72-, An-74- ja An-70-lentokoneissa. Kaikissa näissä koneissa on parannetut lentoonlähtö- ja laskuominaisuudet, mikä mahdollistaa lyhyiden nousu- ja laskukaistojen käytön.
Amerikkalaisesta tekniikasta voimme antaa nimen "Boeing C-7" käyttäen samaa periaatetta sekä useita kokeellisia koneita. Sodan jälkeisenä aikana yritettiin luoda lentokone Coanda-ilmiön periaatteiden pohj alta. Kaikki ne olivat lentävän lautasen muotoisia, ja ne kaikki suljettiin tietyn ajan kuluttua teknisten ongelmien vuoksi. On mahdollista, että näitä töitä tehdään tällä hetkellä tiukasti vartioidussa muodossa.
Taivaasta maan päälle ja veden alle
Pyörien pidon lisäämiseksi telalla alettiin käyttää Coanda-efektiäja Formula 1 -autojen malleissa. Koneet on varustettu diffuusereilla ja suojuksilla, joita vasten pakokaasuvirtaus painetaan halutun vaikutuksen aikaansaamiseksi. Yllä olevassa kuvassa näkyy muotoihin tarttuvien pakokaasujen liike, vaikka itse pakoputki osoittaa ylöspäin.
Maaliikenteen lisäksi ilmiön käyttöön sukellusveneissä on tehty ja tehdään kokeellista työtä. Erityisesti Pietarissa luotiin melko eksoottinen vedenalainen pyörä, jostain syystä kutsuttiin englanniksi - Blue Space, käännettynä "siniseksi tilaksi". Se, mitä hän käyttää liikkumiseen, on Coanda-ilmiö. "Vedenalaisen pyörän" eteen asennetaan suojukset, joihin on asennettu souturullat, jotka imevät vettä erityisten aukkojen kautta. Vesi työnnetään sitten koneen rungon pinnalle, mikä luo työntövoiman sen pintaan. Vesi virtaa koko rungon ympäri, imetään takaisin perässä olevaan koloon ja työnnetään ulos.