Эффект коанда что это такое

Эффект Коанда

Эффект Коанда — физическое явление, названное в честь румынского учёного Анри Коанды (во французском произношении Коанда́, откуда и название эффекта), который в 1932 году обнаружил, что струя жидкости, вытекающая из сопла, стремится отклониться по направлению к стенке и при определенных условиях прилипает к ней. Это объясняется тем, что боковая стенка препятствует свободному поступлению воздуха с одной стороны струи, создавая вихрь в зоне пониженного давления. Аналогично и поведение струи газа. На основе этого эффекта строится одна из ветвей пневмоники (струйной автоматики).

Содержание

Описание

Струя воздуха может быть либо свободной (ограниченной окружающим воздухом), либо ограниченной (стеснённой, ограниченной препятствиями со всех сторон), либо настилающей. Если пренебречь вязкостью, то на границе струи скорость воздуха должна быть равна 0. Для расчётов за границу струи обычно берут поверхность, где скорость равна 0,2 м/с.

Настилающая струя — это полуограниченная струя, и она всегда развивается только вдоль поверхности ограждения. Дальность распространения настилающей струи увеличивается приблизительно в 1,2 раза по сравнению со стеснённой струей. То есть струя, которая настилается на потолок или любую другую поверхность, имеет большую дальнобойность при остальных одинаковых условиях, чем струя не ненастилающая.

Этот эффект создается за счёт зоны пониженного давления возле поверхности (струя прилипает к поверхности и движется по ней).

Применение

Этот эффект применяют в кондиционерах для создания эффекта прилипшей к потолку струи воздуха для лучшего циркулирования воздуха в помещении.

Примечания

Ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Эффект Коанда» в других словарях:

эффект Коанда — [Интент] Эффект Коанда Термин «эффект Коанда» используется весьма часто. Явление получило название по имени румынского инженера изобретателя Анри Коандаà (Henri Coanda), жившего и работавшего в начале XIX века в Париже, одного… … Справочник технического переводчика

эффект Коанда — [Интент] Эффект Коанда Термин «эффект Коанда» используется весьма часто. Явление получило название по имени румынского инженера изобретателя Анри Коандаà (Henri Coanda), жившего и работавшего в начале XIX века в Париже, одного… … Справочник технического переводчика

Коанда — Коанда: Коанда, Анри Эффект Коанда Международный аэропорт имени Анри Коанды … Википедия

Коанда, Анри — Анри Коанда Анри Коанда в 1967 году Дата рождения … Википедия

ГИДРОАЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ — 1) эффект взаимодействия струй воздуха или жидкости разл. давления; используется гл. обр. для получения струйных элементов с непрерывными хар ками. 2) Эффект отрыва и прилипания струи при обтекании ею твёрдого тела (эффект Коанда); используется в … Большой энциклопедический политехнический словарь

воздухораспределитель, формирующий закрученную струю — [Интент] Воздухораспределители, формирующие закрученную струю ВР, формирующие закрученную струю, называются спиральными, или «твист», они применяются для установки на потолке в помещениях, отличающихся высокой тепловой нагрузкой. Они… … Справочник технического переводчика

Галилео (программа) — У этого термина существуют и другие значения, см. Галилео. Галилео Жанр научно популярная развлекательная программа Режиссёр(ы) Кирилл Гаврилов, Елена Калиберда Редактор(ы) Дмитрий Самородов Производство Телеформат ( … Википедия

100 величайших румын — В 2006 году Румынское Телевидение (рум. Televiziunea Română, TVR) объявила о голосовании, целью которого было определение ста величайших представителей румынского народа. Голосование проводилось в рамках телепроекта «Великие Румыны» (рум. Mari… … Википедия

Схемы вертолетов — Реактивный момент, действующий на корпус вертолёта, и его компенсация Схема вертолета описывает количество несущих винтов вертолёта, а также тип устройств, используемых для управления вертолетом. Усилие для раскручивания несущего винта мож … Википедия

Источник

masterok

Мастерок.жж.рф

Хочу все знать

Физическое явление, названное в честь румынского учёного Анри Коандэ. Коандэ в 1932 году обнаружил, что струя жидкости, вытекающая из сопла, стремится отклониться по направлению к стенке и при определенных условиях прилипает к ней. Это объясняется тем, что боковая стенка препятствует свободному поступлению воздуха с одной стороны струи, создавая вихрь в зоне пониженного давления. Наглядно объясняет, почему мы проливаем чай, когда переливаем его из одного стакана в другой, или когда струя из носика чайника при небольшом наклоне норовит отклониться от вертикали и прилипает к носику с внешней стороны.

Тогда чай вместо чашки попадает на скатерть (поэтому, этот эффект ещё называют «эффектом чайника»).

На этом принципе работают клиновоздушные двигатели. Вот видео:

В конструкции клиновоздушного двигателя проблема эффективности на различной высоте решается следующим образом: вместо одной точки выхлопа в виде небольшого отверстия в центре сопла используется клиновидный выступ, вокруг которого устанавливается ряд камер сгорания. Клин формирует одну сторону виртуального сопла, в то время как другая часть формируется проходящим потоком воздуха в ходе полета. Этим объясняется его первоначальное название «двигатель аэроспайк» (англ. Aerospike engine, «воздушно-клинный двигатель»).

Основная идея такой конструкции состоит в том, что на низкой высоте атмосферное давление прижимает отработанный газ к выступающему клину. Затем рециркуляция в основании клина поднимает давление до значения окружающей атмосферы. В силу такой конструкции, тяга не достигает предельно возможных значений, но также и не претерпевает значительного падения, которое происходит в нижней части традиционного сопла из-за частичного вакуума. По мере того, как аппарат достигает бо́льшей высоты, сдерживающее реактивную струю двигателя окружающее давление уменьшается, при этом падает давление на верхнюю часть двигателя, что сохраняет его эффективность неизменной. Более того, несмотря на то, что окружающее давление падает практически до нуля, зона рециркуляции сохраняет давление на основание клина до величин, сравнимых с давлением атмосферы у поверхности Земли, в то время как верхняя часть клина находится практически в вакууме. Это создаёт дополнительную тягу с ростом высоты, компенсируя падение окружающего давления. В целом, эффект сравним с традиционным соплом, которое имеет способность расширяться с увеличением высоты. В теории клиновоздушный двигатель несколько менее эффективен по сравнению с традиционным соплом, сконструированным для данной высоты, и по сравнению с ним, более эффективен для любой другой высоты.

Недостатком такой конструкции является большой вес центрального выступа и дополнительные требования по охлаждению из-за бо́льшей поверхности, подверженной нагреву. Также большая площадь охлаждаемой поверхности может уменьшить теоретические уровни давления на сопло. Дополнительным отрицательным фактором является относительно плохая производительность такой системы при скоростях 1-3 М. В данном случае воздушный поток сзади летательного аппарата имеет уменьшенное давление, что снижает тягу.

Клиновоздушные двигатели изучались на протяжении длительного времени в качестве основного варианта для одноступенчатых космических систем (ОКС, англ. Single-Stage-To-Orbit, SSTO), то есть ракетных систем, использующих для доставки полезной нагрузки на орбиту только одну ступень. Двигатели этого типа были серьёзным претендентом на использование в качестве основных двигателей на МТКК «Спейс шаттл» при его создании. Однако на 2012 год, ни одного двигателя этого типа не используется и не производится. Наиболее удачные варианты находятся в стадии доводочных работ.

Вот еще некоторые интересные эффекты: вспомним пожалуй Эффект Джанибекова или вот например Эффект Линденфроста и Эффект Мпембы. Вот такое интересное явление, как Капля «принца Руперта» и эффект Магнуса

Источник

Использование эффекта Коанда в летательных аппаратах

Содержание

1. Введение

Анри Коа́ндэ — румынский учёный в области аэродинамики, первооткрыватель эффекта Коанды. Один из пионеров авиации, создатель одного из первых в мире проектов самолёта на реактивной тяге, Coandă-1910.

Рисунок 1 – Coandă-1910

Эффект Коанды — физическое явление, названное в честь румынского учѐного, который в 1932 году обнаружил, что струя жидкости, вытекающая из сопла, стремится отклониться по направлению к стенке и при определенных условиях прилипает к ней.

Объяснение эффекта заключается в том, что твердая поверхность препятствует свободному поступлению воздуха к струе, в результате чего создаются завихрения в зоне пониженного давления возле поверхности. Струя прилипает за счет внешнего давления и далее движется по поверхности.

Кроме того, атмосферное давление, действующее на противоположную сторону выбранной поверхности, создает заметную силу. Ее с успехом можно использовать в качестве подъемной.

Эффект Коанда проявляется не всегда. Для стабильного результата нужно соблюдать определенные параметры щели, из которой вырывается струя воды или газа, и сопла. Также значительно влияние оказывает форма поверхности и качество ее обработки. Немаловажно и расположение щели.

2. Обнаружение эффекта и его развитие

Аэродинамический эффект был открыт в 1910 году в ходе экспериментов над новым профилем крыла первого реактивного самолета, известного как «the Coandã-1910».

Особенность самолета Коанда: компрессор, работая от 4-цилиндрового 50-сильного бензинового мотора Clerget, нагнетал воздух в две камеры сгорания, расположенные по бокам фюзеляжа, в которых воздух смешивался с топливом и сгорал, создавая реактивную тягу. Коанда запатентовал эту технологию во Франции в 1910 году и в Великобритании и Швейцарии в 1911 году.

Первый полет реактивного самолета Coandă-1910 состоялся осенью 1910 года на аэродроме под Парижем. Конструктор внимательно осмотрел аппарат и лег в желоб фюзеляжа. Загудел мотор, и из реактивных сопел вырвались языки пламени. Для самозащиты конструктор прикрепил к фюзеляжу металлические щитки, отбрасывающие пламя в сторону, однако после увеличения скорости разбега щитки не просто перестали отражать огонь от фюзеляжа, а, наоборот, «присасывали» огонь к фанерным бокам. Коанда отвлекся и не заметил, как самолет приближается к амбару. Инженер рванул рычаг управления на себя, и самолет оторвался от земли. Но без достаточной для подъема скорости аппарат перевалил через амбар и врезался носом в землю. Коанда успел выскочить из кабины, отделавшись несерьезными ранениями.

Сначала аэродинамики восприняли открытие скептически. Немецкие ученые, изучив «эффект Коанда» в своих лабораториях, пришли к следующему выводу: «…эксперименты Коанда не воспроизводятся и потому не представляют интереса».

Прошло много лет, пока была раскрыта тайна этого «эффекта». Он не удавался на примитивных моделях. Возникал только при строго определенном соотношении размера щели и диаметра сопла. Огромное влияние оказывали поверхность и форма поверхности.

В межвоенное время наш герой не прекращал изобретать и странствовать. Ученый работал над проектами аэросаней и аэродинамического поезда.

Сейчас «эффект Коанда» используется при создании многих движущихся аппаратов. Благодаря ему повышается тяга реактивных двигателей и движителей сов­ременных судов, он может быть применен для торможения самолетов при посадке, для движения их по земле задним ходом, для глушения шума реактивных двигателей.

Используя упомянутый «эффект», коллектив Генерального конструктора знаменитых «Анов» Олега Константиновича Антонова создал грузовой самолет Ан-72 со специальными реактивными двигателями. У самолета очень короткий разбег и пробег, крутая траектория на­бора высоты и снижения, что достигается многими усовершенствованиями механизации крыла и тем, что выхлопные газы из двигателя, проходя над поверхностью крыла, создают дополнительную двигательную силу. Это — «эффект Коанда» в действии.

К сожалению, при первой публичной апробации самолет потерпел крушение, но эта неудача дала рождение многим техническим решениям. Коанд установил на фанерный фюзеляж своего реактивного самолета металлические отражатели, которые должны были защитить его от реактивных сопл. Однако пламя, вырывавшееся их сопла, не отражалось, а прилипало к металлу.

В 1938 году А. Коанда получил патент на «струйный зонт», в работе которого нашел практическое применение описываемый эффект (рис. 2). По своей сути, это – свернутое в кольцо крыло самолета. В верхней части имеется несколько отверстий, через которые с большой скоростью вырываются газовые струи. Струи обтекают выпуклую поверхность «зонта» и создают над ним пониженное давление. Возникает подъемная сила, направленная вертикально вверх.

Рисунок 2 – «Струйный зонт» А. Коанда

Авиаконструкторы многих стран разрабатывали конструкции крыла и фюзеляжей, усиливающих действие эффекта Коанда, обеспечивая увеличение подъемной силы самолета.

3. Применение эффекта Коанда в летательных аппаратах

С 1940 года в США начались исследования по применению эффекта Коанда в летательных аппаратах. Результатом многочисленных экспериментов стала система компенсации реактивного момента от несущего винта и управления вертолетом по рысканью NOTAR (No Tail Rotor – без хвостового винта) авиастроительной компании «McDonnell Douglas». В настоящее время NOTAR применяется вместо рулевого винта в системе управления вертолетов MD 520N, MD 600N, MD Explorer. В состав входит вентилятор (устанавливается в хвосте фюзеляжа) и воздушные сопла на хвостовой балке. Солпа действуют на пограничный слой, и за счет появления эффекта Коанда поток воздуха отклоняется в сторону. Таким образом происходит компенсация реактивного момента. Также на балке устанавливается управляемое реактивное воздушное сопло и кили, которые применяют для управления по рысканью.

Ясно, что в NOTAR эффект Коанда используется не для увеличения подъемной силы крыла, а для управления. Однако управляющая сила возникает по той же самой причине – из-за того, что воздушный поток обтекает профиль несимметрично.

Рисунок 3 – MD 520N

Для увеличения подъемной силы эффект используется в нескольких проектах самолетов – QSRA (США, экспериментальный), Boeing YC-14 (США, опытный военно-транспортный самолет). Boeing C-14 впервые поднялся в воздух 9 августа 1976 года и сразу продемонстрировал превосходные летные характеристики. В конструкции использовался обдув верхней поверхности крыла реактивной струей двух двигателей, установленных на крыле в гондолах, далеко выдвинутых вперед от передней кромки крыла. При отклоненных предкрылках и закрылках коандовского типа выхлопная струя безотрывно обтекая верхнюю поверхность крыла и закрылка,отклоняется вниз, тем самым увеличения подъемную силу.

В России эффект Коанда успешно применяется на военно-транспортных самолетах с укороченными взлетом и посадкой – Ан-72 и Ан-74.

И Ан-72, и Ан-74 внешне выглядят необычно, поскольку двигатели расположены сверху крыла, а мотогондола выдвинута вперед (рис. 4). Реактивная струя из сопла двигателей при отклоненных предкрылках и закрылках стекает без отрыва по крылу и закрылку, создавая над ними пониженное давление. Увеличивается разность давлений снизу и сверху, что приводит к росту подъемной силы.

Интересно, что вынос двигателей на крыло оказался удобнее и с других точек зрения. Например, при взлете и посадке в двигатели практически не попадают посторонние предметы. Кроме того, крыло экранирует реактивные струи, поэтому уровень шума самолетов оказывается существенно ниже.

В середине 1950-х годов канадская авиастроительная компания Avro Aircraft вела в интересах ВВС США разработку летательного аппарата под шифром «Проект 1794». Он имел дискообразную форму, а летать должен был именно благодаря эффекту Коанда. В основе аппарата был двигатель с ротором, создающим подъемную силу, и компрессорами для создания реактивной тяги. Создаваемые двигателем реактивные струи обтекали куполообразный корпус, что должно было создавать дополнительную подъемную силу, устойчивость «летающей тарелки» и возможность набирать большую скорость. Из-за технической сложности проект закрылся в 1961 году.

Рисунок 5 – Проект 1794

Машины от AESIR также работают с помощью эффекта Коанда.В данном случае струя прилипает к закруглённой внешней поверхности корпуса. При этом на них создается разряжение, увлекающее «НЛО» вверх. Раздельное регулирование потоков воздуха у разных секторов «тарелок» позволяет им наклоняться и менять курс.

Рисунок 6 – Британских «НЛО»

Учѐные и инженеры из Санкт-Петербургского государственного морского технического университета разработали пилотируемый аппарат «Blue Space» (рис. 7), использующий эффект Коанда для перемещения под водой. Схема релизации эффекта «Blue Space» Коанда на подводном велосипеде Эффект Коандада заключается в том, что если из плоской щели выдувать на выпуклую поверхность по касательной струю воздуха или воды, то эта струя прилипает к поверхности на относительно большом расстоянии от щели. При этом на самой поверхности возникает разрежение или тяга.

Рисунок 7 – Blue Space

Так как аэро и гидродинамики работают по одним и тем же законам, но с некоторыми приближениями, то эффект Коанда успешно перекочевал и в «Формулу-1».

С эффектом Коанда сейчас работает подавляющая часть пелотона. Но это весьма модифицированные системы, объединившие в себе задумку «Макларена» и оригинальный выхлопной тоннель «Феррари», сделавший возможным открытые снаружи нижние тоннели для разделения потоков. Это «Форс-Индия», «Торо Россо», «Уильямс», «Катерхэм» и «Заубер», а в последних гонках – «Мерседес» и «Лотус».

На фотографии McLaren MP4-28 2013 года наглядно показано направление воздушного потока: понтон «присасывает» потоки воздуха и направляет их на заднюю подвеску. Это позволяет увеличить прижимную силу в задней части машины.

Рисунок 8 – McLaren MP4-28

В болиде Red Bull RB8 струя горячего отработанного воздуха направляется в «нужное» место в задней части болида, используя эффект Коанда, который помогает направить воздух вниз и вдоль стенок диффузора, невзирая на то, что выхлопные газы выходят под углом вверх.

Рисунок 9 – Red Bull RB8

4. Вывод

Таким образом, сфера применения простого эффекта, открытого А. Коанда, оказалась весьма широкой. Помимо использования в летательных аппаратах, сейчас эффект применяется также в системах кондиционирования и вентиляции, в струйной пневмоавтоматике, в подводных конструкциях и т.п.

Мне также хотелось бы отметить,что в честь выдающегося ученого,первооткрывателя эффекта Коанда, свое название получили Международный аэропорт имени Анри Коанды в городе Бухарест и почтовая марка.

Источник

История открытия

Вам будет интересно: Что такое нотации? Провокация? Или уроки из жизни?

Румынский инженер Анри Коанда во время проведения испытаний своего экспериментального летательного аппарата, снабженного реактивным двигателем, но имеющего деревянный корпус, во избежание воспламенения корпуса от реактивной струи, установил защитные металлические пластины по бокам от двигателей. Однако эффект от этого получился обратным от ожидаемого. Истекающие реактивные струи по непонятным причинам стали притягиваться к этим защитным пластинам и находившиеся в районе их размещения деревянные конструкции планера могли воспламениться. Испытания закончились аварией, но сам изобретатель не пострадал. Все это происходило в самом начале XX века.

Экспериментальная проверка

Кстати, это явление имеет еще одно название – эффект чайника. Именно благодаря этому эффекту при наклоне чайника вода из него не попадает в чашку, а струится вниз по носику, заливая скатерть, а иногда и колени окружающих. Поскольку законы гидродинамики и аэродинамики в целом, за небольшими исключениями, практически тождественны, чтобы не повторяться, в дальнейшем эффект Коанды будет рассматриваться для воздушной среды.

Физика явления

Эффект Коанда основывается на возникающей разнице давлений в потоке при наличии ограничивающей этот поток стенки, препятствующей свободному доступу воздуха с одной из сторон. Любой поток воздуха состоит из слоев, имеющих различную скорость. При этом экспериментально доказано, что сила трения между слоем воздуха и примыкающей твердой поверхностью меньше, чем между отдельными слоями воздуха. Тем самым скорость слоя воздуха, проходящего вблизи от поверхности, оказывается выше скорости слоя воздуха, отдаленного от этой поверхности.

Более того, на достаточно большом удалении скорость одного из слоев воздуха относительно поверхности вообще будет равна нулю. Получается неоднородное поле скоростей по высоте потока. В соответствии с законами газодинамики здесь возникает поперечная разница в давлении, отклоняющая поток в сторону меньшего давления, то есть туда, где скорость слоя воздуха выше – в сторону ограничивающей стенки. Подбирая форму сопла и поверхности, экспериментируя с расстояниями и скоростью, можно изменять направление потока в достаточно широких диапазонах.

Математика

В течение очень долгого времени описываемое явление вообще не признавалось, несмотря на его очевидность и относительную легкость экспериментальной проверки. Затем возникла необходимость теоретических расчетов силы и вектора этой силы, то есть сделать расчет эффекта Коанда. Такие расчеты были сделаны для разного типа струй.

Выведенные формулы достаточно громоздки и представляют собой сочетание дифференциального исчисления с тригонометрией. Но эти сложные и многоступенчатые расчеты могут дать лишь приблизительный результат. Разумеется, все это считается не на бумаге, а с использованием современных алгоритмов, заложенных в вычислительные машины. Однако реальные значения можно получить исключительно экспериментальным путем. Слишком много факторов влияет на этот эффект, и не все из них могут быть описаны с использованием математических формул.

От чего зависит это явление

Если пропустить тщательный разбор формул, требующий незаурядной квалификации, сила эффекта Коанды зависит от скорости потока, соотношения диаметра потока и кривизны стенки. Эксперименты показали, что огромное значение имеет расположение и диаметр сопла, шероховатость поверхности стенки, расстояние между потоком и ограничивающей его стенкой, а также от формы самой стенки. Также отмечено, что эффект Коанда более выражен в турбулентном потоке.

Что еще придумал первооткрыватель

После открытия явления А. Коанда занялся его разработкой и поиском практического применения. Результатом его усилий стал патент на изобретение летающего зонта. Если в центре полусферы, похожей на зонт, установить сопла, выбрасывающие поток газов, то в соответствии с эффектом Коанда, этот поток будет прижиматься к поверхности полусферы и истекать вниз, создавая область пониженного давления над зонтом, толкая его вверх. Сам изобретатель называл это крылом самолета, свернутым в кольцо.

Попытки практической реализации этого изобретения успехом не увенчались. Причина – неустойчивость аппарата в воздухе. Однако, последние достижения в области интеллектуального управления неустойчивыми конструкциями в воздухе, так называемый принцип Fly by Wire, дает надежду на появление этого экзотического летательного аппарата.

Что удалось реализовать

Хотя зонт изобретателя поднять в воздух так и не удалось, эффект Коанда в авиации применяется, но, условно говоря, на второстепенных направлениях. Из наиболее выдающихся примеров можно привести, разработанный в 40-х годах вертолет без хвостового винта, функции которого по компенсации вращения несущего винта, выполняли установленные в задней части вентилятор и сопла со специальными направляющими. Эта же система позволяла управлять вертолетом по рысканью и тангажу. Это было применено на вертолетах MD 520N, MD 600N и MD Explorer.

Из американской техники можно назвать «Боинг С-7», использующий тот же принцип, а также ряд экспериментальных машин. В послевоенный период было сделано много попыток создать летательный аппарат на принципах эффекта Коанда. Все они имели форму летающей тарелки, и все они, по истечении определенного времени, были закрыты из-за технических сложностей. Возможно, эти работы в строго охраняемой форме ведутся и в настоящее время.

С небес на землю и под воду

Для увеличения сцепления колес с треком эффект Коанда начал использоваться и в конструкциях болидов «Формулы-1». Машины оборудованы диффузорами и обтекателями, к которым прижимается поток выхлопных газов, обеспечивая нужный эффект. На картинке выше показано движение выхлопных газов, прилипающих к обводам, несмотря на то, что сама выхлопная труба смотрит вверх.

Источник