Er zijn veel fysieke verschijnselen en wetten die door de mens per ongeluk zijn ontdekt. Van de legendarische appel die op het hoofd van Isaac Newton viel, en Archimedes die vredig een bad nam, tot de laatste ontdekkingen op het gebied van het creëren van nieuwe materialen en biochemie. Het Coanda-effect behoort tot dezelfde reeks ontdekkingen. Vreemd genoeg, maar de praktische toepassing ervan in de technologie staat nog in de kinderschoenen. Dus, wat is het Coanda-effect?
Ontdekkingsgeschiedenis
De Roemeense ingenieur Henri Coanda heeft tijdens het testen van zijn experimentele vliegtuig, uitgerust met een straalmotor, maar met een houten lichaam, beschermende metalen platen aan de zijkanten van de motoren. Het effect hiervan bleek echter het tegenovergestelde te zijn van wat werd verwacht. De aflopende jets begonnen om onbekende redenen aangetrokken te worden tot deze beschermende platen en de houten constructies van het casco in het gebied van hun plaatsing konden ontbranden. De tests eindigden in een ongeluk, maar de uitvinder zelf nietleed. Dit alles gebeurde aan het begin van de 20e eeuw.
Experimentele verificatie
Het Coanda-effect is een fenomeen dat je vanuit je luie stoel kunt testen. Als je het water in de kraan opent en een plat bord naar de waterstroom brengt, kun je dit effect met eigen ogen zien. Water zal nauwelijks merkbaar naar de plaat afwijken. Tegelijkertijd mag het debiet van het water niet erg hoog zijn. In principe wordt dit fenomeen waargenomen in elk medium: water of lucht. Het belangrijkste is de aanwezigheid van een mediumstroom en de aanwezigheid van een oppervlak grenzend aan deze stroom aan één kant.
Trouwens, dit fenomeen heeft een andere naam: het keteleffect. Het is dankzij dit effect dat wanneer de theepot wordt gekanteld, het water eruit niet in de kop v alt, maar langs de tuit stroomt, waardoor het tafelkleed en soms de knieën van anderen onder water komen te staan. Aangezien de wetten van hydrodynamica en aerodynamica als geheel, op enkele uitzonderingen na, praktisch identiek zijn, om niet te worden herhaald, zal in de toekomst het Coanda-effect worden overwogen voor de luchtomgeving.
Fysica van het fenomeen
Het Coanda-effect is gebaseerd op het resulterende drukverschil in de stroom in de aanwezigheid van een muur die deze stroom beperkt, waardoor vrije toegang van lucht van één kant wordt voorkomen. Elke luchtstroom bestaat uit lagen met verschillende snelheden. Tegelijkertijd is experimenteel bewezen dat de wrijvingskracht tussen de luchtlaag en het aangrenzende vaste oppervlak kleiner is dan tussen individuele luchtlagen. De snelheid van de luchtlaag die dicht langs het oppervlak gaat, blijkt dusboven de snelheid van de luchtlaag ver van dit oppervlak.
Bovendien zal op voldoende grote afstand de snelheid van een van de luchtlagen ten opzichte van het oppervlak in het algemeen gelijk zijn aan nul. Het blijkt een niet-uniform veld van snelheden langs de stroomhoogte. In overeenstemming met de wetten van de gasdynamica ontstaat hier een dwarsdrukverschil, dat de stroming afbuigt naar een lagere druk, dat wil zeggen naar waar de snelheid van de luchtlaag hoger is - naar de grenswand. Door de vorm van het mondstuk en het oppervlak te kiezen, te experimenteren met afstanden en snelheid, is het mogelijk om de stroomrichting in een vrij groot bereik te veranderen.
Wiskunde
Heel lang werd het beschreven fenomeen helemaal niet herkend, ondanks de vanzelfsprekendheid en het relatieve gemak van experimentele verificatie. Toen was er behoefte aan theoretische berekeningen van de kracht en de vector van deze kracht, dat wil zeggen, om het Coanda-effect te berekenen. Dergelijke berekeningen zijn gemaakt voor verschillende soorten jets.
De afgeleide formules zijn nogal omslachtig en vertegenwoordigen een combinatie van differentiaalrekening met trigonometrie. Maar deze complexe en meerstapsberekeningen kunnen slechts een benaderend resultaat opleveren. Dit alles wordt natuurlijk niet op papier berekend, maar met behulp van moderne algoritmen die in computers zijn ingebed. Echte waarden kunnen echter alleen experimenteel worden verkregen. Te veel factoren dragen bij aan dit effect, en ze kunnen niet allemaal worden beschreven met wiskundige formules.
Waar hangt dit fenomeen van af
Afgezien van de uitgebreide analyse van de formules, die buitengewone vaardigheid vereist, hangt de sterkte van het Coanda-effect af van de stroomsnelheid, de verhouding van de stroomdiameter en de kromming van de wand. Experimenten hebben aangetoond dat de locatie en diameter van het mondstuk, de ruwheid van het wandoppervlak, de afstand tussen de stroming en de wand die deze begrenst, evenals de vorm van de wand zelf, van groot belang zijn. Er wordt ook opgemerkt dat het Coanda-effect meer uitgesproken is bij turbulente stroming.
Wat heeft de ontdekker nog meer bedacht
Na de ontdekking van het fenomeen begon A. Coanda het te ontwikkelen en te zoeken naar praktische toepassingen. Het resultaat van zijn inspanningen was een patent voor de uitvinding van een vliegende paraplu. Als er in het midden van het halfrond sproeiers zijn geïnstalleerd, vergelijkbaar met een paraplu, die een stroom gassen uitstoten, dan zal, in overeenstemming met het Coanda-effect, deze stroom tegen het oppervlak van de halve bol worden gedrukt en naar beneden stromen, waardoor een gebied met lage druk boven de paraplu en duw hem omhoog. De uitvinder noemde het zelf de vleugel van een vliegtuig, in een ring gerold.
Pogingen om deze uitvinding in de praktijk te brengen zijn niet succesvol geweest. De reden is de instabiliteit van het apparaat in de lucht. Recente ontwikkelingen op het gebied van intelligente besturing van onstabiele structuren in de lucht, het zogenaamde Fly by Wire-principe, geven echter hoop voor de opkomst van dit exotische vliegtuig.
Wat is er bereikt
Hoewel het niet mogelijk was om de paraplu van de uitvinder in de lucht te tillen, is het Coanda-effect inluchtvaart wordt gebruikt, maar relatief gezien in secundaire gebieden. Van de meest opvallende voorbeelden kan men een helikopter noemen zonder staartrotor, ontwikkeld in de jaren 40, waarvan de functies om de rotatie van de hoofdrotor te compenseren werden uitgevoerd door een ventilator aan de achterkant en sproeiers met speciale geleiders. Hetzelfde systeem maakte het mogelijk om de helikopter in gieren en stampen te besturen. Dit is toegepast op de MD 520N, MD 600N en MD Explorer.
In vliegtuigen is het Coanda-effect in de eerste plaats een toename van de lift door extra luchtstroom van de motor naar het bovenoppervlak van de vleugel, wat het maximale effect geeft wanneer de mechanisatie wordt vrijgegeven, dat wil zeggen wanneer de vleugel heeft het meest "convexe" profiel, waardoor de stroming bijna verticaal naar beneden kan vertrekken. Dit is geïmplementeerd op Sovjet An-72, An-74 en An-70 vliegtuigen. Al deze machines hebben verbeterde start- en landingskenmerken, waardoor korte start- en landingsbanen kunnen worden gebruikt.
Vanuit de Amerikaanse technologie kunnen we de "Boeing C-7" noemen, volgens hetzelfde principe, evenals een aantal experimentele machines. In de naoorlogse periode zijn er veel pogingen gedaan om een vliegtuig te maken op basis van de principes van het Coanda-effect. Ze hadden allemaal de vorm van een vliegende schotel en werden na een bepaalde tijd allemaal gesloten vanwege technische problemen. Het is mogelijk dat deze werken momenteel in strikt bewaakte vorm worden uitgevoerd.
Van hemel naar aarde en onder water
Om de grip van de wielen met de baan te vergroten, begon het Coanda-effect te worden gebruikten in de ontwerpen van Formule 1-auto's. De machines zijn uitgerust met diffusors en stroomlijnkappen, waartegen de stroom uitlaatgassen wordt gedrukt, wat voor het gewenste effect zorgt. De afbeelding hierboven toont de beweging van uitlaatgassen die aan de contouren blijven plakken, ondanks het feit dat de uitlaatpijp zelf naar boven wijst.
Naast het vervoer over land is en wordt er experimenteel werk verricht met betrekking tot het gebruik van dit fenomeen op onderzeeërs. In het bijzonder werd in St. Petersburg een nogal exotische onderwaterfiets gemaakt, om de een of andere reden in het Engels Blue Space genoemd, vertaald als "blue space". Wat hij gebruikt om te bewegen is het Coanda-effect. Stroomlijnkappen worden voor de "onderwaterfiets" geïnstalleerd, waarin roeirollen zijn gemonteerd die water door speciale sleuven zuigen. Het water wordt vervolgens op het oppervlak van het machinelichaam geduwd, waardoor er stuwkracht op het oppervlak ontstaat. Water stroomt rond de hele romp, wordt teruggezogen in de gleuf in de achtersteven en naar buiten geduwd.
