Postoje mnogi fizički fenomeni i zakoni koje je čovjek otkrio sasvim slučajno. Počevši od legendarne jabuke koja je pala na glavu Isaaca Newtona, i Arhimeda koji se mirno kupao, do najnovijih otkrića u području stvaranja novih materijala i biokemije. Coanda efekt pripada istom nizu otkrića. Čudno, ali njegova praktična primjena u tehnologiji još je u početnoj fazi. Dakle, što je Coanda efekt?
Povijest otkrića
Rumunjski inženjer Henri Coanda, testirajući svoj eksperimentalni zrakoplov, opremljen mlaznim motorom, ali ima drveno tijelo, kako bi spriječio zapaljenje tijela od mlazne struje, postavio je zaštitne metalne ploče na bočne strane motori. Međutim, učinak ovoga pokazao se suprotnim od očekivanog. Mlaznice koje su isticale, iz nepoznatih razloga, počele su se privlačiti ovim zaštitnim pločama i drvene konstrukcije okvira zrakoplova koje se nalaze u području njihova postavljanja mogle su se zapaliti. Testovi su završili nesrećom, ali sam izumitelj nijePatio. Sve se to dogodilo na samom početku 20. stoljeća.
Eksperimentalna provjera
Efekt Coanda je fenomen koji možete testirati iz udobnosti svoje kuhinje. Ako otvorite vodu u slavini i dovedete ravnu ploču do vode, možete vidjeti ovaj efekt vlastitim očima. Voda će jedva primjetno odstupiti prema ploči. Istodobno, brzina protoka vode možda neće biti vrlo visoka. U principu, ovaj se fenomen promatra u bilo kojem mediju: vodi ili zraku. Glavna stvar je prisutnost srednjeg toka i prisutnost površine uz ovaj tok s jedne strane.
Usput, ovaj fenomen ima i drugo ime - efekt čajnika. Zahvaljujući ovom učinku, kada se čajnik nagne, voda iz njega ne pada u šalicu, već teče niz izljev, poplavivši stolnjak, a ponekad i koljena drugih. Budući da su zakoni hidrodinamike i aerodinamike u cjelini, uz nekoliko iznimaka, praktički identični, kako se ne bi ponavljali, u budućnosti će se Coanda efekt razmatrati za zračni okoliš.
Fizika fenomena
Efekt Coanda temelji se na rezultirajućoj razlici tlaka u protoku u prisutnosti zida koji ograničava ovaj protok, sprječavajući slobodan pristup zraka s jedne strane. Svaki protok zraka sastoji se od slojeva s različitim brzinama. Istodobno, eksperimentalno je dokazano da je sila trenja između sloja zraka i susjedne čvrste površine manja nego između pojedinih slojeva zraka. Dakle, pokazuje se da je brzina zračnog sloja koji prolazi blizu površineiznad brzine sloja zraka udaljenog od ove površine.
Štoviše, na dovoljno velikoj udaljenosti, brzina jednog od slojeva zraka u odnosu na površinu općenito će biti jednaka nuli. Ispada nejednoliko polje brzina duž visine protoka. U skladu sa zakonima plinske dinamike, ovdje nastaje poprečna razlika tlaka koja strujanje skreće prema nižem tlaku, odnosno tamo gdje je brzina zračnog sloja veća - prema graničnoj stijenci. Odabirom oblika mlaznice i površine, eksperimentiranjem s udaljenostima i brzinom, moguće je promijeniti smjer strujanja u prilično širokom rasponu.
Matematika
Dugo vremena opisani fenomen uopće nije bio prepoznat, unatoč njegovoj očitosti i relativnoj lakoći eksperimentalne provjere. Zatim se pojavila potreba za teorijskim proračunima sile i vektora te sile, odnosno izračunati Coanda efekt. Takvi su proračuni napravljeni za različite vrste mlaznica.
Izvedene formule su prilično glomazne i predstavljaju kombinaciju diferencijalnog računa s trigonometrijom. Ali ovi složeni izračuni u više koraka mogu dati samo približan rezultat. Naravno, sve to nije izračunato na papiru, već korištenjem modernih algoritama ugrađenih u računala. Međutim, stvarne vrijednosti mogu se dobiti samo eksperimentalno. Previše čimbenika doprinosi ovom učinku, a ne mogu se svi opisati matematičkim formulama.
O čemu ovisi ovaj fenomen
Ostavljajući po strani razrađenu analizu formula, koja zahtijeva izuzetnu vještinu, snaga Coanda efekta ovisi o brzini protoka, omjeru promjera protoka i zakrivljenosti stijenke. Eksperimenti su pokazali da su mjesto i promjer mlaznice, hrapavost površine stijenke, udaljenost između strujanja i stijenke koja ga ograničava, kao i sam oblik stijenke od velike važnosti. Također se primjećuje da je Coanda efekt izraženiji u turbulentnom strujanju.
Što je još otkrio otkrio
Nakon otkrića fenomena, A. Coanda ga je počeo razvijati i tražiti praktične primjene. Rezultat njegovih napora bio je patent za izum letećeg kišobrana. Ako su mlaznice postavljene u središte hemisfere slične kišobranu, izbacujući struju plinova, tada će, u skladu s Coanda efektom, ta struja biti pritisnuta na površinu hemisfere i teći prema dolje, stvarajući područje niske pritisak iznad kišobrana, gurajući ga prema gore. Sam izumitelj nazvao ga je krilo zrakoplova, umotano u prsten.
Pokušaji da se ovaj izum provede u praksi nisu bili uspješni. Razlog je nestabilnost aparata u zraku. Međutim, nedavni napredak u području inteligentne kontrole nestabilnih struktura u zraku, tzv. Fly by Wire princip, daje nadu za pojavu ovog egzotičnog zrakoplova.
Što je postignuto
Iako nije bilo moguće podići izumiteljev kišobran u zrak, Coanda efekt uzrakoplovstvo se koristi, ali, relativno govoreći, u sekundarnim područjima. Od najistaknutijih primjera može se navesti helikopter bez repnog rotora razvijen 40-ih godina, čije su funkcije za kompenzaciju rotacije glavnog rotora obavljali ventilator ugrađen u stražnji dio i mlaznice s posebnim vodilicama. Isti sustav omogućio je upravljanje helikopterom u skretanju i nagibu. Ovo je primijenjeno na MD 520N, MD 600N i MD Explorer.
Kod aviona Coanda efekt je prije svega povećanje uzgona dodatnim strujanjem zraka od motora do gornje površine krila, što daje maksimalan učinak kada se mehanizacija pusti, tj. krilo ima naj"konveksniji" profil, dopuštajući protoku da napusti gotovo okomito prema dolje. To je implementirano na sovjetskim zrakoplovima An-72, An-74 i An-70. Svi ovi strojevi imaju poboljšane karakteristike polijetanja i slijetanja, omogućujući korištenje kratkih staza za polijetanje i slijetanje.
Od američke tehnologije možemo nazvati "Boeing C-7", koristeći isti princip, kao i niz eksperimentalnih strojeva. U poslijeratnom razdoblju bilo je mnogo pokušaja stvaranja zrakoplova na principima Coanda efekta. Svi su imali oblik letećeg tanjura, a svi su nakon određenog vremena zatvoreni zbog tehničkih poteškoća. Moguće je da se ovi radovi trenutno izvode u strogo čuvanom obliku.
Od neba do zemlje i pod vodom
Da bi se povećalo prianjanje kotača s gusjenom, počeo se koristiti Coanda efektte u dizajnu bolida Formule 1. Strojevi su opremljeni difuzorima i oklopima, na koje se pritiska strujanje ispušnih plinova, dajući željeni učinak. Gornja slika prikazuje kretanje ispušnih plinova koji se lijepe za konture, unatoč činjenici da je sama ispušna cijev usmjerena prema gore.
Osim kopnenog transporta, vođeni su i izvode se eksperimentalni radovi vezani uz korištenje ovog fenomena na podmornicama. Konkretno, u Sankt Peterburgu je stvoren prilično egzotičan podvodni bicikl, iz nekog razloga nazvan na engleskom - Blue Space, u prijevodu "plavi prostor". Ono što koristi za kretanje je Coanda efekt. Ispred "podvodnog bicikla" postavljene su obloge u koje su montirani valjci za veslanje koji usisavaju vodu kroz posebne utore. Voda se zatim gura na površinu tijela stroja, stvarajući potisak na njegovu površinu. Voda teče oko cijelog trupa, usisava se natrag u prorez na krmi i gura van.
