Veliko fizikalnih pojavov in zakonov je človek odkril povsem po naključju. Od legendarnega jabolka, ki je padlo na glavo Isaaca Newtona, in Arhimeda, ki se je mirno kopal, do najnovejših odkritij na področju ustvarjanja novih materialov in biokemije. Učinek Coanda spada v isto vrsto odkritij. Nenavadno je, vendar je njegova praktična uporaba v tehnologiji še vedno v začetni fazi. Torej, kaj je učinek Coanda?
zgodovina odkritij
Romunski inženir Henri Coanda je med testiranjem svojega eksperimentalnega letala, opremljenega z reaktivnim motorjem, vendar z lesenim ohišjem, da bi preprečil vžig telesa iz curka, namestil zaščitne kovinske plošče na straneh motorji. Vendar se je učinek tega izkazal za nasproten od pričakovanega. Iztekajoče curke so iz neznanih razlogov začele privlačiti te zaščitne plošče in lesene konstrukcije okvirja letala, ki se nahajajo v območju njihove namestitve, so se lahko vžgale. Preizkusi so se končali z nesrečo, sam izumitelj pa neTrpel. Vse to se je zgodilo na samem začetku 20. stoletja.
Poskusno preverjanje
Učinek Coanda je pojav, ki ga lahko preizkusite iz udobja vaše kuhinje. Če odprete vodo v pipi in prinesete ravno krožnik k vodnemu toku, lahko ta učinek vidite na lastne oči. Voda bo komaj opazno odstopala proti plošči. Hkrati pretok vode morda ni zelo visok. Načeloma je ta pojav opazen v katerem koli mediju: vodi ali zraku. Glavna stvar je prisotnost srednjega toka in prisotnost površine, ki meji na ta tok na eni strani.
Mimogrede, ta pojav ima drugo ime - učinek kotlička. Zahvaljujoč temu učinku, ko je čajnik nagnjen, voda iz njega ne pade v skodelico, ampak teče po izlivu, poplavi prt in včasih kolena drugih. Ker so zakoni hidrodinamike in aerodinamike kot celote, razen redkih izjem, praktično enaki, da se ne bi ponovili, bo v prihodnosti učinek Coanda upoštevan za zračno okolje.
Fizika pojava
Učinek Coanda temelji na nastali razliki tlaka v pretoku ob prisotnosti stene, ki omejuje ta pretok in preprečuje prost dostop zraka z ene strani. Vsak zračni tok je sestavljen iz plasti z različnimi hitrostmi. Hkrati je bilo eksperimentalno dokazano, da je sila trenja med plastjo zraka in sosednjo trdno površino manjša kot med posameznimi plastmi zraka. Tako se izkaže, da je hitrost zračne plasti, ki prehaja blizu površinenad hitrostjo plasti zraka, ki je oddaljena od te površine.
Poleg tega bo na dovolj veliki razdalji hitrost ene od plasti zraka glede na površino na splošno enaka nič. Izkazalo se je neenakomerno polje hitrosti vzdolž višine toka. V skladu z zakoni plinske dinamike tu nastane prečna tlačna razlika, ki odvrne tok proti nižjemu tlaku, torej tja, kjer je hitrost zračne plasti višja - proti omejevalni steni. Z izbiro oblike šobe in površine ter eksperimentiranjem z razdaljami in hitrostjo je mogoče spremeniti smer toka v precej širokem razponu.
matematika
Opisani fenomen kljub njegovi očitnosti in sorazmerni enostavnosti eksperimentalnega preverjanja zelo dolgo sploh ni bil prepoznan. Potem je bilo treba teoretične izračune sile in vektorja te sile, torej izračunati učinek Coanda. Takšni izračuni so bili narejeni za različne vrste curkov.
Izpeljane formule so precej okorne in predstavljajo kombinacijo diferencialnega računa s trigonometrijo. Toda ti zapleteni in večstopenjski izračuni lahko dajo le približen rezultat. Seveda vse to ni izračunano na papirju, ampak z uporabo sodobnih algoritmov, vgrajenih v računalnike. Vendar pa je resnične vrednosti mogoče dobiti le eksperimentalno. Preveč dejavnikov prispeva k temu učinku in vseh jih ni mogoče opisati z matematičnimi formulami.
Od česa je odvisen ta pojav
Če pustimo ob strani natančno analizo formul, ki zahteva izredno spretnost, je moč Coanda učinka odvisna od hitrosti pretoka, razmerja med premerom toka in ukrivljenostjo stene. Poskusi so pokazali, da sta zelo pomembna lokacija in premer šobe, hrapavost površine stene, razdalja med tokom in steno, ki ga omejuje, ter oblika same stene. Opaža se tudi, da je učinek Coanda bolj izrazit pri turbulentnem toku.
Kaj je še izmislil odkritelj
Po odkritju fenomena ga je A. Coanda začel razvijati in iskati praktične aplikacije. Rezultat njegovih prizadevanj je bil patent za izum letečega dežnika. Če so v središču poloble nameščene šobe, podobne dežniku, ki izpuščajo tok plinov, potem bo v skladu z učinkom Coanda ta tok pritisnjen na površino poloble in teče navzdol, kar ustvarja območje nizke pritisk nad dežnikom, ki ga potisne navzgor. Sam izumitelj ga je imenoval krilo letala, zvite v obroč.
Poskusi uveljavitve tega izuma niso bili uspešni. Razlog je nestabilnost aparata v zraku. Vendar pa nedavni napredek na področju inteligentnega nadzora nestabilnih struktur v zraku, tako imenovani princip Fly by Wire, daje upanje za nastanek tega eksotičnega letala.
Kaj je bilo doseženo
Čeprav izumiteljevega dežnika ni bilo mogoče dvigniti v zrak, je učinek Coanda vuporablja se letalstvo, vendar relativno gledano na sekundarnih področjih. Med najbolj izjemnimi primeri je mogoče navesti helikopter brez repnega rotorja, razvit v 40-ih letih, katerega funkcije za kompenzacijo vrtenja glavnega rotorja so opravljali ventilator, nameščen zadaj, in šobe s posebnimi vodili. Isti sistem je omogočal krmiljenje helikopterja v smeri in nagibu. To je bilo uporabljeno za MD 520N, MD 600N in MD Explorer.
Na letalih je učinek Coanda predvsem povečanje vzgona z dodatnim pretokom zraka od motorja do zgornje površine krila, kar daje največji učinek pri sprostitvi mehanizacije, tj. krilo ima najbolj "konveksen" profil, ki omogoča, da tok zapusti skoraj navpično navzdol. To je bilo izvedeno na sovjetskih letalih An-72, An-74 in An-70. Vsi ti stroji imajo izboljšane lastnosti vzleta in pristajanja, kar omogoča uporabo kratkih vzletnih in pristajalnih pasov.
Iz ameriške tehnologije lahko poimenujemo "Boeing C-7", po enakem principu, kot tudi številne eksperimentalne stroje. V povojnem obdobju je bilo veliko poskusov izdelave letala po načelih učinka Coanda. Vsi so imeli obliko letečega krožnika, vsi pa so bili po določenem času zaradi tehničnih težav zaprti. Možno je, da se ta dela trenutno izvajajo v strogo varovani obliki.
Od neba do zemlje in pod vodo
Za povečanje oprijema koles z gosenico se je začel uporabljati učinek Coandain v dizajnih avtomobilov formule 1. Stroji so opremljeni z difuzorji in ohišji, na katere je pritisnjen tok izpušnih plinov, kar zagotavlja želeni učinek. Zgornja slika prikazuje gibanje izpušnih plinov, ki se držijo obrisov, kljub temu, da je izpušna cev sama obrnjena navzgor.
Poleg kopenskega prometa so se izvajala in se izvajajo eksperimentalna dela v zvezi z uporabo tega pojava na podmornicah. Zlasti je bilo v Sankt Peterburgu ustvarjeno precej eksotično podvodno kolo, ki se iz neznanega razloga imenuje v angleščini - Blue Space, prevedeno kot "modri prostor". Kar uporablja za premikanje, je učinek Coanda. Pred "podvodnim kolesom" so nameščeni objemki, v katerih so nameščeni veslaški valji, ki sesajo vodo skozi posebne reže. Voda se nato potisne na površino telesa stroja, kar ustvarja potisk na njegovo površino. Voda teče okoli celotnega trupa, sesana nazaj v režo na krmi in potisnjena ven.
