Postoje mnoge fizičke pojave 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 oblasti stvaranja novih materijala i biohemije. Koanda efekat pripada istoj seriji otkrića. Čudno, ali njegova praktična primjena u tehnologiji je još uvijek u početnoj fazi. Dakle, šta je Coanda efekat?
Historija otkrića
Rumunski inženjer Henri Coanda je prilikom testiranja svog eksperimentalnog aviona, opremljenog mlaznim motorom, ali sa drvenom karoserijom, da bi spriječio paljenje tijela od mlazne struje, postavio zaštitne metalne ploče na bočne strane motori. Međutim, ispostavilo se da je efekat ovoga bio suprotan od očekivanog. Mlazovi koji su isticali, iz nepoznatih razloga, počeli su da se privlače ovim zaštitnim pločama i drvene konstrukcije okvira aviona koje se nalaze u zoni njihovog postavljanja mogle su se zapaliti. Testovi su završili nesrećom, ali sam pronalazač nijePatio. Sve se to desilo na samom početku 20. veka.
Eksperimentalna potvrda
Efekat Coanda je fenomen koji možete testirati iz udobnosti svoje kuhinje. Ako otvorite vodu u slavini i dovedete ravnu ploču do vode, ovaj efekat možete vidjeti vlastitim očima. Voda će jedva primjetno odstupiti prema ploči. Istovremeno, brzina protoka vode možda neće biti velika. U principu, ovaj fenomen se opaža u bilo kojem mediju: vodi ili zraku. Glavna stvar je prisustvo srednjeg toka i prisustvo površine uz ovaj tok s jedne strane.
Uzgred, ovaj fenomen ima i drugo ime - efekat čajnika. Zahvaljujući ovom efektu, kada se čajnik nagne, voda iz njega ne pada u šolju, već teče niz izljev, poplavivši stolnjak, a ponekad i koljena drugih. Pošto su zakoni hidrodinamike i aerodinamike u cjelini, uz nekoliko izuzetaka, praktično identični, da se ne bi ponavljali, u budućnosti će se Coanda efekat razmatrati za zračnu sredinu.
Fizika fenomena
Efekat Coanda se zasniva na rezultujućoj razlici pritiska u protoku u prisustvu zida koji ograničava ovaj protok, sprečavajući slobodan pristup vazduha sa jedne strane. Svaki protok zraka sastoji se od slojeva različitih brzina. Istovremeno, eksperimentalno je dokazano da je sila trenja između sloja zraka i susjedne čvrste površine manja nego između pojedinačnih slojeva zraka. Tako se ispostavlja da je brzina vazdušnog sloja koji prolazi blizu površineiznad brzine sloja zraka udaljenog od ove površine.
Štaviše, na dovoljno velikoj udaljenosti, brzina jednog od slojeva zraka u odnosu na površinu općenito će biti jednaka nuli. Ispada neujednačeno polje brzina duž visine protoka. U skladu sa zakonima plinske dinamike, ovdje nastaje poprečna razlika tlaka, koja skreće tok prema nižem tlaku, odnosno tamo gdje je brzina vazdušnog sloja veća - prema graničnom zidu. Odabirom oblika mlaznice i površine, eksperimentiranjem s udaljenostima i brzinom, moguće je promijeniti smjer strujanja u prilično širokom rasponu.
Matematika
Veoma dugo vremena, opisani fenomen uopšte nije bio prepoznat, uprkos njegovoj očiglednosti i relativnoj lakoći eksperimentalne provere. Zatim se pojavila potreba za teorijskim proračunima sile i vektora te sile, odnosno izračunati Coanda efekat. Takvi proračuni su napravljeni za različite tipove mlaznjaka.
Izvedene formule su prilično glomazne i predstavljaju kombinaciju diferencijalnog računa sa trigonometrijom. Ali ovi složeni proračuni u više koraka mogu dati samo približan rezultat. Naravno, sve to nije izračunato na papiru, već korištenjem savremenih algoritama ugrađenih u kompjutere. Međutim, stvarne vrijednosti mogu se dobiti samo eksperimentalno. Previše faktora doprinosi ovom efektu, a ne mogu se svi opisati pomoću matematičkih formula.
Od čega zavisi ovaj fenomen
Ostavljajući po strani elaboriranu analizu formula, koja zahtijeva izuzetnu vještinu, jačina Coanda efekta ovisi o brzini protoka, omjeru prečnika protoka i zakrivljenosti zida. Eksperimenti su pokazali da su od velikog značaja lokacija i prečnik mlaznice, hrapavost površine zida, rastojanje između strujanja i zida koji ga ograničava, kao i oblik samog zida. Također se primjećuje da je Coanda efekat izraženiji u turbulentnom strujanju.
Šta je još otkrio otkrio
Nakon otkrića fenomena, A. Coanda je počeo da ga razvija i traži praktične primene. Rezultat njegovih napora bio je patent za izum letećeg kišobrana. Ako su mlaznice postavljene u centar hemisfere slične kišobranu, izbacujući mlaz plinova, tada će, u skladu s Coanda efektom, ova struja biti pritisnuta na površinu hemisfere i teći prema dolje, stvarajući područje niske pritisak iznad kišobrana, gurajući ga prema gore. Sam pronalazač ga je nazvao krilom aviona, umotanim u prsten.
Pokušaji da se ovaj izum provede u praksi nisu bili uspješni. Razlog je nestabilnost aparata u vazduhu. Međutim, nedavni napredak u oblasti inteligentne kontrole nestabilnih struktura u vazduhu, tzv. Fly by Wire princip, daje nadu za pojavu ovog egzotične letelice.
Šta je postignuto
Iako nije bilo moguće podići izumiteljev kišobran u zrak, Coanda efekat uavijacija se koristi, ali, relativno govoreći, u sekundarnim oblastima. 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 sistem je omogućio kontrolu helikoptera u skretanju i nagibu. Ovo je primijenjeno na MD 520N, MD 600N i MD Explorer.
Koandi efekat je, pre svega, povećanje uzgona dodatnim strujanjem vazduha od motora do gornje površine krila, što daje maksimalan efekat kada se mehanizacija otpusti, tj. krilo ima „najkonveksniji“profil, omogućavajući protoku da napusti skoro okomito dole. Ovo je implementirano na sovjetskim avionima An-72, An-74 i An-70. Sve ove mašine imaju poboljšane karakteristike uzletanja i sletanja, omogućavajući upotrebu kratkih traka za poletanje i sletanje.
Od američke tehnologije možemo nazvati "Boeing C-7", koristeći isti princip, kao i niz eksperimentalnih mašina. U poslijeratnom periodu učinjeno je mnogo pokušaja da se napravi avion zasnovan na principima Coanda efekta. Svi su imali oblik letećeg tanjira, 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 točkova sa stazom, počeo se koristiti Coanda efekatiu dizajnu bolida Formule 1. Mašine su opremljene difuzorima i oklopima, na koje se pritiska strujanje izduvnih gasova dajući željeni efekat. Slika iznad prikazuje kretanje izduvnih gasova koji se drže kontura, uprkos činjenici da je sama izduvna cijev okrenuta prema gore.
Pored kopnenog transporta, vršeni su i izvode se eksperimentalni radovi vezani za upotrebu ovog fenomena na podmornicama. Konkretno, u Sankt Peterburgu je stvoren prilično egzotičan podvodni bicikl, iz nekog razloga nazvan na engleskom - Blue Space, što se prevodi kao "plavi prostor". Ono što koristi za kretanje je Coanda efekat. Ispred "podvodnog bicikla" se postavljaju obloge u koje su montirani valjci za veslanje koji usisavaju vodu kroz posebne proreze. Voda se zatim gura na površinu tijela mašine, stvarajući potisak na njenu površinu. Voda teče oko čitavog trupa, usisava se nazad u prorez na krmi i izbacuje.
