Existuje mnoho fyzikálních jevů a zákonů, které člověk objevil zcela náhodou. Počínaje legendárním jablkem, které padlo na hlavu Isaaca Newtona, a Archimédem se poklidně koupat, až po nejnovější objevy v oblasti vytváření nových materiálů a biochemie. Coandův efekt patří do stejné řady objevů. Kupodivu, ale jeho praktická aplikace v technologii je stále v úplné počáteční fázi. Co je tedy Coandův efekt?
Historie objevů
Rumunský inženýr Henri Coanda při testování svého experimentálního letadla, vybaveného proudovým motorem, ale s dřevěnou karoserií, aby se zabránilo vznícení těla z tryskového proudu, nainstaloval na boky ochranné kovové desky. motory. Tento efekt se však ukázal být opačný, než se očekávalo. Dosluhující trysky z neznámých důvodů začaly být přitahovány k těmto ochranným deskám a dřevěné konstrukce draku letadla umístěné v oblasti jejich umístění se mohly vznítit. Testy skončily nehodou, ale samotný vynálezce nikolivTrpěl. To vše se stalo na samém počátku 20. století.
Experimentální ověření
Coanda efekt je fenomén, který si můžete vyzkoušet z pohodlí své kuchyně. Pokud otevřete vodu v kohoutku a k proudu vody přinesete plochý talíř, můžete tento efekt vidět na vlastní oči. Voda se sotva znatelně odchýlí směrem k talíři. Průtok vody přitom nemusí být příliš vysoký. V zásadě je tento jev pozorován v jakémkoli médiu: vodě nebo vzduchu. Hlavní věc je přítomnost středního toku a přítomnost povrchu přiléhajícího k tomuto toku na jedné straně.
Mimochodem, tento jev má ještě jiný název – efekt konvice. Právě díky tomuto efektu při naklonění konvičky voda z ní nepadá do šálku, ale stéká po hubičce a zaplavuje ubrus a někdy i kolena ostatních. Vzhledem k tomu, že zákony hydrodynamiky a aerodynamiky jako celku jsou až na výjimky prakticky totožné, aby se neopakovaly, bude se v budoucnu pro ovzduší uvažovat s Coandovým efektem.
Fyzika jevu
Coandův efekt je založen na výsledném tlakovém rozdílu v proudění v přítomnosti stěny omezující toto proudění a zabraňující volnému přístupu vzduchu z jedné strany. Jakýkoli proud vzduchu se skládá z vrstev s různou rychlostí. Zároveň bylo experimentálně prokázáno, že třecí síla mezi vzduchovou vrstvou a přilehlým pevným povrchem je menší než mezi jednotlivými vzduchovými vrstvami. Ukazuje se tedy, že rychlost vzduchové vrstvy procházející blízko povrchu jenad rychlostí vrstvy vzduchu vzdálené od tohoto povrchu.
Navíc v dostatečně velké vzdálenosti bude rychlost jedné z vrstev vzduchu vzhledem k povrchu obecně rovna nule. Ukazuje se nerovnoměrné pole rychlostí podél výšky proudění. V souladu se zákony dynamiky plynů zde vzniká příčný tlakový rozdíl, který vychyluje proudění k nižšímu tlaku, tedy tam, kde je rychlost vzduchové vrstvy vyšší - k ohraničující stěně. Volbou tvaru trysky a povrchu, experimentováním se vzdálenostmi a rychlostí je možné měnit směr proudění v poměrně širokém rozsahu.
Math
Popsaný jev nebyl po velmi dlouhou dobu vůbec rozpoznán, a to i přes jeho zřejmost a relativní snadnost experimentálního ověření. Pak byla potřeba teoretické výpočty síly a vektoru této síly, tedy výpočet Coandova jevu. Takové výpočty byly provedeny pro různé typy trysek.
Odvozené vzorce jsou poměrně těžkopádné a představují kombinaci diferenciálního počtu s trigonometrií. Tyto složité a vícekrokové výpočty však mohou poskytnout pouze přibližný výsledek. To vše se samozřejmě nepočítá na papíře, ale pomocí moderních algoritmů zabudovaných v počítačích. Skutečné hodnoty však lze získat pouze experimentálně. K tomuto efektu přispívá příliš mnoho faktorů a ne všechny lze popsat pomocí matematických vzorců.
Na čem tento jev závisí
Pomineme-li propracovanou analýzu vzorců, která vyžaduje mimořádnou zručnost, síla Coandova efektu závisí na rychlosti proudění, poměru průměru proudění a zakřivení stěny. Experimenty ukázaly, že velký význam má umístění a průměr trysky, drsnost povrchu stěny, vzdálenost mezi prouděním a stěnou, která jej omezuje, a také tvar stěny samotné. Je také třeba poznamenat, že Coandův efekt je výraznější při turbulentním proudění.
Na co dalšího objevitel přišel
Po objevení fenoménu jej A. Coanda začal vyvíjet a hledat praktické aplikace. Výsledkem jeho snažení byl patent na vynález létajícího deštníku. Pokud jsou ve středu polokoule instalovány trysky podobné deštníku, vypouštějící proud plynů, pak v souladu s Coandovým efektem bude tento proud přitlačován k povrchu polokoule a proudí dolů, čímž se vytvoří oblast nízkého tlaku. tlak nad deštníkem, tlačí ho nahoru. Sám vynálezce to nazval křídlo letadla, stočené do prstence.
Pokusy uvést tento vynález do praxe nebyly úspěšné. Důvodem je nestabilita aparátu na vzduchu. Nedávné pokroky v oblasti inteligentního řízení nestabilních struktur ve vzduchu, tzv. princip Fly by Wire, však dávají naději na vznik tohoto exotického letadla.
Co bylo dosaženo
I když nebylo možné zvednout vynálezcův deštník do vzduchu, Coandův efekt vletectví se používá, ale relativně vzato v sekundárních oblastech. Z nejvýraznějších příkladů lze uvést vrtulník bez ocasního rotoru vyvinutý ve 40. letech, jehož funkce kompenzovat rotaci hlavního rotoru byly vykonávány ventilátorem instalovaným v zadní části a tryskami se speciálními vodítky. Stejný systém umožňoval ovládat vrtulník při vybočení a naklonění. Toto bylo použito na MD 520N, MD 600N a MD Explorer.
U letadel je Coandův efekt především zvýšení vztlaku dodatečným prouděním vzduchu z motoru na horní plochu křídla, což dává maximální účinek při uvolnění mechanizace, tedy při křídlo má nejvíce „konvexní“profil, který umožňuje proudění téměř svisle dolů. To bylo implementováno na sovětských letounech An-72, An-74 a An-70. Všechny tyto stroje mají vylepšené vzletové a přistávací charakteristiky, což umožňuje použití krátkých vzletových a přistávacích drah.
Z americké techniky můžeme na stejném principu pojmenovat „Boeing C-7“a také řadu experimentálních strojů. V poválečném období bylo učiněno mnoho pokusů vytvořit letoun na principech Coandova efektu. Všechny měly tvar létajícího talíře a všechny byly po určité době z technických důvodů uzavřeny. Je možné, že tyto práce jsou v současné době prováděny v přísně střežené podobě.
Z nebe na zem a pod vodu
Pro zvýšení přilnavosti kol s pásem se začal používat Coanda efekta v návrzích vozů Formule 1. Stroje jsou vybaveny difuzory a aerodynamickými kryty, na které je přitlačován proud výfukových plynů, čímž je zajištěn požadovaný efekt. Obrázek nahoře ukazuje pohyb výfukových plynů přilnutých k obrysům, přestože samotné výfukové potrubí směřuje nahoru.
Kromě pozemní dopravy byly a probíhají experimentální práce související s využitím tohoto jevu na ponorkách. Konkrétně v Petrohradu vzniklo poněkud exotické podvodní kolo, z nějakého důvodu anglicky nazývané – Blue Space, v překladu „modrý prostor“. To, co používá k pohybu, je Coanda efekt. Před „podvodním kolem“jsou instalovány kapotáže, ve kterých jsou namontovány veslařské válečky, které nasávají vodu speciálními otvory. Voda je následně vytlačována na povrch těla stroje a vytváří tah na jeho povrch. Voda proudí kolem celého trupu, je nasávána zpět do otvoru na zádi a vytlačována ven.
