İnsan tarafından tamamen tesadüfen keşfedilen birçok fiziksel fenomen ve yasa vardır. Isaac Newton'un başına düşen efsanevi elma ve Arşimet'in huzur içinde banyo yapmasından başlayarak, yeni malzemeler ve biyokimya yaratma alanındaki en son keşiflere kadar. Coanda etkisi aynı keşif serisine aittir. İşin garibi, ancak teknolojideki pratik uygulaması hala ilk aşamada. Peki, Coanda etkisi nedir?
Keşif geçmişi
Romanyalı mühendis Henri Coanda, jet motorlu ancak ahşap gövdeli deneysel uçağını test ederken, gövdenin jet akımından tutuşmasını önlemek için yanlarına koruyucu metal plakalar yerleştirdi. motorlar. Ancak bunun etkisi beklenenin tam tersi oldu. Süresi dolan jetler, bilinmeyen nedenlerle bu koruyucu plakalara çekilmeye başladı ve yerleştirildikleri alanda bulunan uçak gövdesinin ahşap yapıları tutuşabilir. Testler bir kazayla sona erdi, ancak mucidin kendisi yapmadıacı çekti. Bütün bunlar 20. yüzyılın en başında oldu.
Deneysel doğrulama
Coanda etkisi, mutfağınızın rahatlığında test edebileceğiniz bir olgudur. Musluktaki suyu açıp su akışına düz bir tabak getirirseniz, bu etkiyi kendi gözlerinizle görebilirsiniz. Su, plakaya doğru zar zor fark edilir bir şekilde sapacaktır. Aynı zamanda, suyun akış hızı çok yüksek olmayabilir. Prensip olarak, bu fenomen herhangi bir ortamda gözlenir: su veya hava. Ana şey, bir orta akışın varlığı ve bir tarafta bu akışa bitişik bir yüzeyin varlığıdır.
Bu arada, bu olgunun başka bir adı daha var - su ısıtıcısı etkisi. Bu etki sayesinde, çaydanlık yatırıldığında, ondan gelen su bardağa düşmez, ancak musluktan aşağı akar, masa örtüsünü ve bazen başkalarının dizlerini sular. Hidrodinamik ve aerodinamik yasaları, birkaç istisna dışında, bir bütün olarak pratik olarak aynı olduğundan ve tekrarlanmaması için gelecekte hava ortamı için Coanda etkisi dikkate alınacaktır.
Olayın fiziği
Coanda etkisi, bu akışı kısıtlayan ve bir taraftan havanın serbest erişimini engelleyen bir duvarın varlığında akışta ortaya çıkan basınç farkına dayanır. Herhangi bir hava akışı, farklı hızlara sahip katmanlardan oluşur. Aynı zamanda, hava tabakası ile bitişik katı yüzey arasındaki sürtünme kuvvetinin tek tek hava tabakaları arasındakinden daha az olduğu deneysel olarak kanıtlanmıştır. Böylece yüzeye yakın geçen hava tabakasının hızı,bu yüzeyden uzaktaki hava tabakasının hızının üzerinde.
Ayrıca, yeterince büyük bir mesafede, hava katmanlarından birinin yüzeye göre hızı genellikle sıfıra eşit olacaktır. Akış yüksekliği boyunca düzgün olmayan bir hız alanı ortaya çıkıyor. Gaz dinamiği yasalarına göre, burada akışı daha düşük basınca, yani hava tabakasının hızının daha yüksek olduğu yere - sınırlayıcı duvara doğru saptıran enine bir basınç farkı ortaya çıkar. Nozulun ve yüzeyin şeklini seçerek, mesafeleri ve hızı deneyerek, akış yönünü oldukça geniş bir aralıkta değiştirmek mümkündür.
Matematik
Çok uzun bir süre boyunca, açıklanan fenomen, barizliğine ve deneysel doğrulamanın göreceli kolaylığına rağmen hiç tanınmadı. Sonra kuvvetin teorik hesaplamalarına ve bu kuvvetin vektörüne, yani Coanda etkisinin hesaplanmasına ihtiyaç vardı. Bu tür hesaplamalar farklı jet türleri için yapılmıştır.
Türetilen formüller oldukça zahmetlidir ve diferansiyel hesabın trigonometri ile bir kombinasyonunu temsil eder. Ancak bu karmaşık ve çok adımlı hesaplamalar ancak yaklaşık bir sonuç verebilir. Tabii ki, tüm bunlar kağıt üzerinde değil, bilgisayarlara gömülü modern algoritmalar kullanılarak hesaplanıyor. Ancak gerçek değerler ancak deneysel olarak elde edilebilir. Bu etkiye çok fazla faktör katkıda bulunur ve bunların tümü matematiksel formüller kullanılarak açıklanamaz.
Bu fenomen neye bağlıdır
Olağanüstü bir beceri gerektiren formüllerin ayrıntılı analizi bir yana, Coanda etkisinin gücü, akış hızına, akış çapının oranına ve duvarın eğriliğine bağlıdır. Deneyler, nozulun yeri ve çapının, duvar yüzeyinin pürüzlülüğünün, akış ile onu sınırlayan duvar arasındaki mesafenin yanı sıra duvarın kendisinin şeklinin büyük önem taşıdığını göstermiştir. Ayrıca Coanda etkisinin türbülanslı akışta daha belirgin olduğu belirtilmektedir.
Keşfeden başka neler buldu
Bu fenomenin keşfinden sonra, A. Coanda onu geliştirmeye ve pratik uygulamalar aramaya başladı. Çabalarının sonucu, uçan bir şemsiyenin icadı için bir patent oldu. Nozullar bir şemsiyeye benzer şekilde yarım kürenin merkezine yerleştirilirse, bir gaz akışı püskürtürse, o zaman Coanda etkisine göre, bu akış yarım kürenin yüzeyine bastırılır ve aşağı doğru akar ve düşük bir bölge oluşturur. şemsiyenin üzerine bastırın, yukarı itin. Mucidin kendisi buna bir halka haline getirilmiş bir uçağın kanadı adını verdi.
Bu buluşu uygulamaya koyma girişimleri başarılı olmadı. Bunun nedeni, cihazın havadaki kararsızlığıdır. Bununla birlikte, Fly by Wire ilkesi olarak adlandırılan, havadaki dengesiz yapıların akıllı kontrolü alanındaki son gelişmeler, bu egzotik uçağın ortaya çıkması için umut veriyor.
Başarılı olan
Mucidin şemsiyesini havaya kaldırmak mümkün olmasa da, Coanda etkisihavacılık kullanılır, ancak nispeten konuşursak, ikincil alanlarda. En seçkin örneklerden biri, ana rotorun dönüşünü telafi etme işlevleri arkaya monte edilmiş bir fan ve özel kılavuzlara sahip nozullar tarafından gerçekleştirilen, 40'lı yıllarda geliştirilen kuyruk rotoru olmayan bir helikopterden bahsedilebilir. Aynı sistem, helikopteri yalpalama ve yunuslamada kontrol etmeyi mümkün kıldı. Bu, MD 520N, MD 600N ve MD Explorer'da uygulanmıştır.
Uçaklarda, Coanda etkisi, her şeyden önce, motordan kanadın üst yüzeyine ek hava akışı ile kaldırmada bir artıştır, bu da maksimum etkiyi mekanizasyon serbest bırakıldığında, yani, kanat en "dışbükey" profile sahiptir ve akışın neredeyse dikey olarak aşağı doğru bırakılmasına izin verir. Bu, Sovyet An-72, An-74 ve An-70 uçaklarında uygulandı. Bu makinelerin tümü, kısa kalkış ve iniş şeritlerinin kullanımına izin veren iyileştirilmiş kalkış ve iniş özelliklerine sahiptir.
Amerikan teknolojisinden, bir dizi deneysel makinenin yanı sıra aynı prensibi kullanarak "Boeing C-7" adını verebiliriz. Savaş sonrası dönemde, Coanda etkisinin ilkelerine dayanan bir uçak yaratmak için birçok girişimde bulunuldu. Hepsi uçan daire şeklindeydi ve hepsi belli bir süre sonra teknik zorluklardan dolayı kapatıldı. Bu çalışmaların şu anda sıkı bir şekilde korunan bir biçimde yürütülüyor olması mümkündür.
Cennetten yeryüzüne ve suyun altında
Tekerleklerin pist ile tutuşunu artırmak için Coanda efekti kullanılmaya başlandıve Formula 1 arabalarının tasarımlarında. Makineler, istenen etkiyi sağlayan egzoz gazlarının akışının bastırıldığı difüzörler ve kaplamalarla donatılmıştır. Yukarıdaki resim, egzoz borusunun kendisi yukarıya bakmasına rağmen dış hatlara yapışan egzoz gazlarının hareketini göstermektedir.
Kara taşımacılığına ek olarak, bu fenomenin deniz altılarda kullanımı ile ilgili deneysel çalışmalar yapıldı ve yapılıyor. Özellikle, St. Petersburg'da, bir nedenden dolayı İngilizce - Mavi Uzay olarak adlandırılan ve "mavi alan" olarak tercüme edilen oldukça egzotik bir su altı bisikleti yaratıldı. Hareket etmek için kullandığı şey Coanda etkisidir. Kaplamalar, kürek makaralarının monte edildiği ve özel yuvalardan su emen “su altı bisikletinin” önüne kurulur. Daha sonra su, makine gövdesinin yüzeyine itilir ve yüzeyinde itme oluşturur. Su, tüm gövde etrafında akar, kıçtaki yuvaya geri çekilir ve dışarı itilir.
