Има много физически явления и закони, открити от човека съвсем случайно. Като се започне от легендарната ябълка, паднала върху главата на Исак Нютон, и Архимед мирно се къпе, до най-новите открития в областта на създаването на нови материали и биохимията. Ефектът на Коанда принадлежи към същата поредица от открития. Колкото и да е странно, практическото му приложение в технологиите все още е в начален етап. И така, какъв е ефектът на Коанда?
История на откриването
Румънският инженер Анри Коанда, докато тества своя експериментален самолет, оборудван с реактивен двигател, но с дървен корпус, за да предотврати запалването на тялото от реактивна струя, монтира защитни метални пластини отстрани на двигатели. Ефектът от това обаче се оказа обратен на очаквания. Изтичащите струи по неизвестни причини започнаха да се привличат към тези защитни плочи и дървените конструкции на планера, разположени в зоната на тяхното поставяне, можеха да се запалят. Тестовете завършиха с инцидент, но самият изобретател не го направиСтрадана. Всичко това се случи в самото начало на 20-ти век.
Експериментална проверка
Ефектът на Коанда е феномен, който можете да тествате от комфорта на вашата кухня. Ако отворите водата в чешмата и донесете плоска чиния до водния поток, можете да видите този ефект със собствените си очи. Водата едва забележимо ще се отклони към чинията. В същото време скоростта на потока на водата може да не е много висока. По принцип това явление се наблюдава във всяка среда: вода или въздух. Основното е наличието на среден поток и наличието на повърхност, съседна на този поток от едната страна.
Между другото, това явление има и друго име - ефектът на чайника. Благодарение на този ефект при накланяне на чайника водата от него не попада в чашата, а се стича надолу по чучура, наводнявайки покривката, а понякога и коленете на другите. Тъй като законите на хидродинамиката и аеродинамиката като цяло, с малки изключения, са практически идентични, за да не се повтарят, в бъдеще ефектът на Коанда ще бъде разгледан за въздушната среда.
Физика на феномена
Ефектът на Коанда се основава на получената разлика в налягането в потока в присъствието на стена, ограничаваща този поток, предотвратявайки свободния достъп на въздух от едната страна. Всеки въздушен поток се състои от слоеве с различни скорости. В същото време е експериментално доказано, че силата на триене между въздушния слой и съседната твърда повърхност е по-малка, отколкото между отделните въздушни слоеве. Така скоростта на въздушния слой, преминаващ близо до повърхността, се оказва равнанад скоростта на слоя въздух, отдалечен от тази повърхност.
Освен това, на достатъчно голямо разстояние, скоростта на един от слоевете въздух спрямо повърхността обикновено ще бъде равна на нула. Оказва се неравномерно поле от скорости по височината на потока. В съответствие със законите на газовата динамика тук възниква напречна разлика в налягането, която отклонява потока към по-ниско налягане, тоест до мястото, където скоростта на въздушния слой е по-висока - към ограничаващата стена. Чрез избор на формата на дюзата и повърхността, експериментиране с разстояния и скорост, е възможно да промените посоката на потока в доста широк диапазон.
Математика
От много дълго време описаният феномен изобщо не беше разпознат, въпреки неговата очевидност и относителната лекота на експериментална проверка. Тогава имаше нужда от теоретични изчисления на силата и вектора на тази сила, тоест да се изчисли ефектът на Коанда. Такива изчисления са направени за различни видове джетове.
Извлечените формули са доста тромави и представляват комбинация от диференциално смятане с тригонометрия. Но тези сложни и многоетапни изчисления могат да дадат само приблизителен резултат. Разбира се, всичко това не се изчислява на хартия, а с помощта на съвременни алгоритми, вградени в компютрите. Реалните стойности обаче могат да бъдат получени само експериментално. Твърде много фактори допринасят за този ефект и не всички от тях могат да бъдат описани с математически формули.
От какво зависи този феномен
Оставяйки настрана сложния анализ на формулите, който изисква изключителни умения, силата на ефекта на Коанда зависи от скоростта на потока, съотношението на диаметъра на потока и кривината на стената. Експериментите показват, че местоположението и диаметърът на дюзата, грапавостта на повърхността на стената, разстоянието между потока и ограничаващата го стена, както и формата на самата стена са от голямо значение. Също така се отбелязва, че ефектът на Коанда е по-изразен при турбулентен поток.
Какво още измисли откривателят
След откриването на феномена, А. Коанда започва да го разработва и да търси практически приложения. Резултатът от неговите усилия е патент за изобретението на летящ чадър. Ако в центъра на полукълбото са монтирани дюзи, подобни на чадър, изхвърлящи поток от газове, тогава, в съответствие с ефекта на Коанда, този поток ще бъде притиснат към повърхността на полукълбото и ще тече надолу, създавайки област с ниско натиск над чадъра, избутвайки го нагоре. Самият изобретател го нарече крило на самолет, навито в пръстен.
Опитите да се приложи това изобретение на практика не бяха успешни. Причината е нестабилността на апарата във въздуха. Въпреки това, последните постижения в областта на интелигентното управление на нестабилни структури във въздуха, така наречения принцип Fly by Wire, дават надежда за появата на този екзотичен самолет.
Какво беше постигнато
Въпреки че не беше възможно да вдигнем чадъра на изобретателя във въздуха, ефектът на Коанда вавиацията се използва, но, относително казано, във второстепенни области. От най-забележителните примери може да се цитира хеликоптер без опашен ротор, разработен през 40-те години, чиито функции за компенсиране на въртенето на главния ротор се изпълняват от вентилатор, инсталиран отзад и дюзи със специални водачи. Същата система направи възможно управлението на хеликоптера при отклонение и наклон. Това е приложено на MD 520N, MD 600N и MD Explorer.
При самолети ефектът на Коанда е преди всичко увеличаване на подемната сила чрез допълнителен въздушен поток от двигателя към горната повърхност на крилото, което дава максимален ефект при освобождаване на механизацията, т.е. крилото има най-„изпъкнал“профил, което позволява на потока да напусне почти вертикално надолу. Това е реализирано на съветските самолети Ан-72, Ан-74 и Ан-70. Всички тези машини имат подобрени характеристики за излитане и кацане, което позволява използването на къси ленти за излитане и кацане.
От американската технология можем да наречем "Boeing C-7", използвайки същия принцип, както и редица експериментални машини. В следвоенния период бяха направени много опити за създаване на самолет, базиран на принципите на ефекта Коанда. Всички те имаха формата на летяща чиния и всички те след определено време бяха затворени поради технически затруднения. Възможно е тези работи да се извършват в строго охраняван вид в момента.
От небето до земята и под водата
За да се увеличи сцеплението на колелата с пистата, ефектът Coanda започна да се използваи в дизайна на болидите от Формула 1. Машините са оборудвани с дифузори и обтекатели, срещу които се притиска потокът от отработени газове, осигурявайки желания ефект. Картината по-горе показва движението на изгорелите газове, залепващи по контурите, въпреки факта, че самата изпускателна тръба е насочена нагоре.
В допълнение към сухопътния транспорт се провежда и се извършва експериментална работа, свързана с използването на това явление върху подводници. По-специално, в Санкт Петербург беше създаден доста екзотичен подводен велосипед, по някаква причина наречен на английски - Blue Space, преведено като "синьо пространство". Това, което той използва, за да се движи, е ефектът на Коанда. Пред „подводния велосипед“са монтирани обтекатели, в които са монтирани гребни ролки, засмукващи вода през специални процепи. След това водата се изтласква върху повърхността на тялото на машината, създавайки тяга върху нейната повърхност. Водата тече около целия корпус, като се засмуква обратно в процепа на кърмата и се изтласква навън.
