Có rất nhiều hiện tượng và quy luật vật lý được con người khám phá ra một cách tình cờ. Bắt đầu từ quả táo huyền thoại rơi trúng đầu Isaac Newton, và Archimedes đang yên bình tắm, đến những khám phá mới nhất trong lĩnh vực tạo ra vật liệu mới và hóa sinh. Hiệu ứng Coanda thuộc cùng một chuỗi khám phá. Thật kỳ lạ, nhưng ứng dụng thực tế của nó trong công nghệ vẫn đang ở giai đoạn đầu. Vậy, hiệu ứng Coanda là gì?
Lịch sử khám phá
Kỹ sư người Romania Henri Coanda, trong khi thử nghiệm chiếc máy bay thử nghiệm của mình, được trang bị động cơ phản lực, nhưng có thân bằng gỗ, để ngăn cơ thể bắt lửa từ một luồng phản lực, đã lắp đặt các tấm kim loại bảo vệ ở các mặt của động cơ. Tuy nhiên, hiệu quả của việc này lại ngược lại với những gì mong đợi. Các máy bay phản lực sắp hết hạn sử dụng, không rõ lý do, bắt đầu bị thu hút bởi các tấm bảo vệ này và các cấu trúc bằng gỗ của khung máy bay nằm trong khu vực / u200b / u200btheo vị trí của chúng có thể bốc cháy. Các thử nghiệm kết thúc trong một tai nạn, nhưng bản thân nhà phát minh thì khôngBị. Tất cả điều này xảy ra vào đầu thế kỷ 20.
Xác minh thực nghiệm
Hiệu ứng Coanda là một hiện tượng mà bạn có thể kiểm tra từ sự thoải mái trong nhà bếp của mình. Nếu bạn mở nước trong vòi và đưa một tấm phẳng xuống dòng nước, bạn có thể tận mắt chứng kiến hiệu ứng này. Nước hầu như không bị lệch về phía đĩa. Đồng thời, tốc độ dòng chảy của nước có thể không cao lắm. Về nguyên tắc, hiện tượng này được quan sát trong bất kỳ môi trường nào: nước hoặc không khí. Điều chính là sự hiện diện của một dòng chảy trung bình và sự hiện diện của bề mặt tiếp giáp với dòng chảy này ở một bên.
Nhân tiện, hiện tượng này có một tên gọi khác - hiệu ứng ấm đun nước. Chính nhờ tác dụng này mà khi nghiêng ấm trà, nước từ đó không rơi xuống cốc mà chảy xuống vòi, ngập cả khăn trải bàn, có khi đến đầu gối của người khác. Vì các quy luật về thủy động lực học và khí động học nói chung, với một vài ngoại lệ, thực tế là giống hệt nhau, để không bị lặp lại, trong tương lai, hiệu ứng Coanda sẽ được xem xét đối với môi trường không khí.
Vật lý của hiện tượng
Hiệu ứng Coanda dựa trên sự chênh lệch áp suất kết quả trong dòng chảy khi có bức tường hạn chế dòng chảy này, ngăn cản sự tiếp cận tự do của không khí từ một phía. Bất kỳ luồng không khí nào cũng bao gồm các lớp với tốc độ khác nhau. Đồng thời, thực nghiệm đã chứng minh rằng lực ma sát giữa lớp không khí và bề mặt vật rắn liền kề nhỏ hơn lực ma sát giữa các lớp không khí riêng lẻ. Do đó, vận tốc của lớp không khí đi qua gần bề mặt hóa ra làtrên tốc độ của lớp không khí ở xa bề mặt này.
Hơn nữa, ở một khoảng cách đủ lớn, tốc độ của một trong các lớp không khí so với bề mặt nói chung sẽ bằng không. Nó tạo ra một trường không đồng nhất của vận tốc dọc theo chiều cao dòng chảy. Theo quy luật động lực học chất khí, ở đây phát sinh sự chênh lệch áp suất ngang, làm lệch dòng chảy về phía áp suất thấp hơn, tức là đến nơi có tốc độ của lớp không khí cao hơn - về phía bức tường giới hạn. Bằng cách chọn hình dạng của vòi phun và bề mặt, thử nghiệm với khoảng cách và tốc độ, có thể thay đổi hướng dòng chảy trong một phạm vi khá rộng.
Toán
Trong một thời gian rất dài, hiện tượng được mô tả hoàn toàn không được công nhận, mặc dù nó rõ ràng và tương đối dễ kiểm chứng bằng thực nghiệm. Sau đó, cần có các tính toán lý thuyết của lực và vectơ của lực này, tức là, để tính hiệu ứng Coanda. Các phép tính như vậy đã được thực hiện cho các loại máy bay phản lực khác nhau.
Các công thức dẫn xuất khá phức tạp và thể hiện sự kết hợp của phép tính vi phân với lượng giác. Nhưng những phép tính phức tạp và nhiều bước này chỉ có thể cho một kết quả gần đúng. Tất nhiên, tất cả những điều này không được tính toán trên giấy, mà sử dụng các thuật toán hiện đại được nhúng trong máy tính. Tuy nhiên, giá trị thực chỉ có thể nhận được bằng thực nghiệm. Quá nhiều yếu tố góp phần vào hiệu ứng này và không phải tất cả chúng đều có thể được mô tả bằng công thức toán học.
Hiện tượng này phụ thuộc vào điều gì
Bỏ qua việc phân tích công phu các công thức, đòi hỏi kỹ năng phi thường, sức mạnh của hiệu ứng Coanda phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy, tỷ lệ giữa đường kính dòng chảy và độ cong của bức tường. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng vị trí và đường kính của vòi phun, độ nhám của bề mặt tường, khoảng cách giữa dòng chảy và tường giới hạn nó, cũng như hình dạng của chính bức tường có tầm quan trọng lớn. Người ta cũng lưu ý rằng hiệu ứng Coanda rõ ràng hơn trong dòng chảy hỗn loạn.
Người khám phá ra điều gì khác nữa
Sau khi phát hiện ra hiện tượng, A. Coanda bắt đầu phát triển nó và tìm kiếm các ứng dụng thực tế. Kết quả của những nỗ lực của ông là một bằng sáng chế cho việc phát minh ra chiếc ô bay. Nếu các vòi phun được lắp đặt ở trung tâm của bán cầu tương tự như một chiếc ô, đẩy ra một dòng khí, thì theo hiệu ứng Coanda, dòng khí này sẽ được ép vào bề mặt của bán cầu và chảy xuống, tạo ra một vùng thấp. áp suất phía trên ô, đẩy nó lên. Bản thân nhà phát minh đã gọi nó là cánh của một chiếc máy bay, cuộn thành một chiếc vòng.
Nỗ lực đưa phát minh này vào thực tế đã không thành công. Nguyên nhân là do bộ máy trong không khí hoạt động không ổn định. Tuy nhiên, những tiến bộ gần đây trong lĩnh vực điều khiển thông minh các cấu trúc không ổn định trong không khí, cái gọi là nguyên tắc Fly by Wire, mang lại hy vọng cho sự xuất hiện của chiếc máy bay kỳ lạ này.
Những gì đã hoàn thành
Mặc dù không thể nâng chiếc ô của nhà phát minh lên không trung, nhưng hiệu ứng Coanda tronghàng không được sử dụng, nhưng, nói một cách tương đối, trong các lĩnh vực thứ cấp. Trong số những ví dụ nổi bật nhất, người ta có thể trích dẫn một chiếc trực thăng không có cánh quạt đuôi được phát triển vào những năm 40, có chức năng bù cho chuyển động quay của cánh quạt chính được thực hiện bởi một quạt lắp ở phía sau và các vòi phun có thanh dẫn đặc biệt. Hệ thống tương tự giúp nó có thể điều khiển máy bay trực thăng theo kiểu ngáp và nghiêng. Điều này đã được áp dụng trên MD 520N, MD 600N và MD Explorer.
Trên máy bay, trước hết, hiệu ứng Coanda là sự gia tăng lực nâng bởi luồng không khí bổ sung từ động cơ đến bề mặt trên của cánh, mang lại hiệu quả tối đa khi cơ khí hóa được giải phóng, tức là khi cánh có hình dạng "lồi" nhất, cho phép dòng chảy gần như rời xuống theo phương thẳng đứng. Điều này đã được thực hiện trên các máy bay An-72, An-74 và An-70 của Liên Xô. Tất cả các máy này đều có đặc điểm cất cánh và hạ cánh được cải thiện, cho phép sử dụng các đường cất cánh và hạ cánh ngắn.
Theo công nghệ của Mỹ, chúng ta có thể đặt tên là "Boeing C-7", sử dụng nguyên lý tương tự, cũng như một số máy thử nghiệm. Trong thời kỳ hậu chiến, nhiều nỗ lực đã được thực hiện để tạo ra một chiếc máy bay dựa trên các nguyên tắc của hiệu ứng Coanda. Tất cả chúng đều có hình đĩa bay, và sau một thời gian nhất định, chúng đều bị đóng cửa do trục trặc kỹ thuật. Có thể những công việc này đang được thực hiện với hình thức được bảo vệ nghiêm ngặt ở thời điểm hiện tại.
Từ trên trời xuống đất và dưới nước
Để tăng độ bám của bánh xe với đường đua, hiệu ứng Coanda bắt đầu được sử dụngvà trong các thiết kế của xe công thức 1. Máy được trang bị bộ khuếch tán và bộ làm mờ, giúp ép dòng khí thải, mang lại hiệu quả mong muốn. Hình trên cho thấy sự chuyển động của khí thải bám vào các đường viền, mặc dù thực tế là bản thân ống xả đang hướng lên trên.
Ngoài vận tải trên bộ, công việc thử nghiệm đã và đang được thực hiện liên quan đến việc sử dụng hiện tượng này trên tàu ngầm. Đặc biệt, một chiếc xe đạp dưới nước khá kỳ lạ đã được tạo ra ở St. Những gì anh ấy sử dụng để di chuyển xung quanh là hiệu ứng Coanda. Các ống dẫn được lắp phía trước "xe đạp dưới nước", trong đó các con lăn chèo được gắn, hút nước qua các khe đặc biệt. Sau đó, nước được đẩy lên bề mặt của thân máy, tạo ra lực đẩy trên bề mặt của nó. Nước chảy xung quanh toàn bộ thân tàu, bị hút trở lại khe ở đuôi tàu và đẩy ra ngoài.
