יש הרבה תופעות וחוקים פיזיקליים שהתגלו על ידי האדם לגמרי במקרה. החל מהתפוח האגדי שנפל על ראשו של אייזק ניוטון, וארכימדס מתרחץ בשלווה, ועד לתגליות האחרונות בתחום יצירת חומרים וביוכימיה חדשים. אפקט קואנדה שייך לאותה סדרה של תגליות. באופן מוזר, אבל היישום המעשי שלו בטכנולוגיה הוא עדיין בשלב הראשוני. אז מה זה אפקט קואנדה?
היסטוריית גילוי
מהנדס הרומני אנרי קואנדה, תוך כדי ניסוי מטוס הניסוי שלו, מצויד במנוע סילון, אך בעל גוף עץ, על מנת למנוע הצתת הגוף מזרם סילון, התקין לוחות מתכת מגן בצידי המטוס. מנועים. אולם ההשפעה של זה התבררה הפוכה מהמצופה. המטוסים שפג תוקפם, מסיבות לא ידועות, החלו להימשך ללוחות המגן הללו ומבני העץ של שלדת האוויר הממוקמת באזור המיקום שלהם עלולים להתלקח. הבדיקות הסתיימו בתאונה, אך הממציא עצמו לאסבל. כל זה קרה ממש בתחילת המאה ה-20.
אימות ניסיוני
אפקט Coanda הוא תופעה שתוכלו לבדוק מהנוחות של המטבח שלכם. אם תפתחו את המים בברז ותביאו צלחת שטוחה לזרם המים, תוכלו לראות את האפקט הזה במו עיניכם. המים בקושי יסטו בצורה ניכרת לכיוון הצלחת. יחד עם זאת, ייתכן שקצב זרימת המים אינו גבוה במיוחד. באופן עקרוני, תופעה זו נצפית בכל מדיום: מים או אוויר. העיקר הוא הימצאות זרימה בינונית ונוכחות משטח צמוד לזרימה זו מצד אחד.
אגב, לתופעה הזו יש שם אחר - אפקט הקומקום. הודות להשפעה זו, כאשר קומקום התה מוטה, המים ממנו אינם נופלים לתוך הספל, אלא זורמים במורד הפיה, מציפים את המפה, ולפעמים את ברכיהם של אחרים. מכיוון שחוקי ההידרודינמיקה והאווירודינמיקה בכללותה, למעט יוצאים מן הכלל, זהים למעשה, כדי לא לחזור על עצמם, בעתיד ייחשב אפקט קואנדה עבור סביבת האוויר.
פיזיקה של התופעה
אפקט קואנדה מבוסס על הפרש הלחץ שנוצר בזרימה בנוכחות קיר המגביל זרימה זו, ומונע גישה חופשית לאוויר מצד אחד. כל זרימת אוויר מורכבת משכבות במהירויות שונות. יחד עם זאת, הוכח בניסוי שכוח החיכוך בין שכבת האוויר למשטח המוצק הסמוך קטן מאשר בין שכבות אוויר בודדות. לפיכך, מתברר שמהירות שכבת האוויר העוברת קרוב לפני השטחמעל המהירות של שכבת האוויר המרוחקת ממשטח זה.
יתר על כן, במרחק גדול מספיק, המהירות של אחת משכבות האוויר ביחס לפני השטח תהיה בדרך כלל שווה לאפס. מסתבר ששדה מהירויות לא אחיד לאורך גובה הזרימה. בהתאם לחוקי דינמיקת הגז נוצר כאן הפרש לחצים רוחבי, שמסיט את הזרימה לכיוון לחץ נמוך יותר, כלומר למקום שבו מהירות שכבת האוויר גבוהה יותר - לכיוון הקיר התוחם. על ידי בחירת צורת הזרבובית והמשטח, התנסות במרחקים ומהירות, ניתן לשנות את כיוון הזרימה בטווח רחב למדי.
מתמטיקה
במשך זמן רב מאוד, התופעה המתוארת לא זוהתה כלל, למרות ברורותה והקלות היחסית של אימות ניסוי. אז היה צורך בחישובים תיאורטיים של הכוח והווקטור של הכוח הזה, כלומר לחשב את אפקט קואנדה. חישובים כאלה נעשו עבור סוגים שונים של מטוסים.
הנוסחאות הנגזרות די מסורבלות ומייצגות שילוב של חשבון דיפרנציאלי עם טריגונומטריה. אבל החישובים המורכבים והרב-שלביים האלה יכולים לתת רק תוצאה משוערת. כמובן שכל זה לא מחושב על נייר, אלא באמצעות אלגוריתמים מודרניים המוטמעים במחשבים. עם זאת, ניתן להשיג ערכים אמיתיים רק בניסוי. יותר מדי גורמים תורמים להשפעה זו, ולא ניתן לתאר את כולם באמצעות נוסחאות מתמטיות.
במה תלויה התופעה הזו
אם נניח בצד את הניתוח המשוכלל של הנוסחאות, הדורש מיומנות יוצאת דופן, עוצמת אפקט הקואנדה תלויה במהירות הזרימה, ביחס קוטר הזרימה ועקמומיות הקיר. ניסויים הראו שיש חשיבות רבה למיקום ולקוטר הזרבובית, לחספוס משטח הקיר, למרחק בין הזרימה לקיר המגביל אותה וכן לצורת הקיר עצמו. כמו כן, יש לציין כי אפקט קואנדה בולט יותר בזרימה סוערת.
מה עוד המציא המגלה
לאחר גילוי התופעה, א' קואנדה החל לפתח אותה ולחפש יישומים מעשיים. התוצאה של מאמציו הייתה פטנט על המצאת מטריה מעופפת. אם מותקנות דיזות במרכז חצי הכדור בדומה למטריה, המפליטות זרם של גזים, אזי, בהתאם לאפקט קואנדה, זרם זה יילחץ אל פני השטח של חצי הכדור ויזרום כלפי מטה, וייצור אזור נמוך. לחץ מעל המטריה, דוחף אותה למעלה. הממציא עצמו קרא לזה כנף של כלי טיס, שהתגלגל לטבעת.
ניסיונות ליישם את ההמצאה הזו לא צלחו. הסיבה היא חוסר היציבות של המנגנון באוויר. עם זאת, ההתקדמות האחרונה בתחום השליטה החכמה במבנים לא יציבים באוויר, מה שנקרא עקרון Fly by Wire, נותן תקווה להופעתו של כלי טיס אקזוטי זה.
מה הושג
למרות שלא ניתן היה להרים את המטריה של הממציא לאוויר, אפקט קואנדה בתעופה משמשת, אבל, יחסית, באזורים משניים. מבין הדוגמאות הבולטות ביותר, ניתן לציין מסוק ללא רוטור זנב שפותח בשנות ה-40, שתפקידיו לפצות על סיבוב הרוטור הראשי בוצעו על ידי מאוורר המותקן מאחור וחירי חרירים עם מדריכים מיוחדים. אותה מערכת אפשרה לשלוט במסוק בפישוק ובגובה. זה הוחל על ה-MD 520N, MD 600N ו-MD Explorer.
במטוסים, אפקט קואנדה הוא, קודם כל, הגדלת העילוי על ידי זרימת אוויר נוספת מהמנוע אל המשטח העליון של הכנף, מה שנותן את האפקט המקסימלי בעת שחרור המיכון, כלומר כאשר לכנף יש את הפרופיל ה"קמור" ביותר, מה שמאפשר לזרימה לצאת כמעט אנכית כלפי מטה. זה יושם במטוסי An-72, An-74 ו- An-70 סובייטים. לכל המכונות הללו יש מאפייני המראה ונחיתה משופרים, המאפשרים שימוש בנתיבי המראה ונחיתה קצרים.
מהטכנולוגיה האמריקאית, אנחנו יכולים לקרוא ל"בואינג C-7", תוך שימוש באותו עיקרון, כמו גם מספר מכונות ניסוי. בתקופה שלאחר המלחמה נעשו ניסיונות רבים ליצור מטוס המבוסס על עקרונות אפקט קואנדה. כולם היו בצורת צלחת מעופפת, וכולם, לאחר זמן מסוים, נסגרו עקב קשיים טכניים. יתכן שעבודות אלו מבוצעות בשמירה קפדנית בשלב הנוכחי.
משמים לארץ ומתחת למים
כדי להגביר את אחיזת הגלגלים עם המסלול, החלו להשתמש באפקט Coandaובעיצובים של מכוניות פורמולה 1. המכונות מצוידות במפזרים ופייריונים, שנגדם נלחצת זרימת גזי הפליטה, המספקים את האפקט הרצוי. התמונה למעלה מציגה את תנועת גזי הפליטה הנצמדים לקווי המתאר, למרות העובדה שצינור הפליטה עצמו פונה כלפי מעלה.
בנוסף לתחבורה יבשתית, בוצעו ומתבצעות עבודות ניסיוניות הקשורות לשימוש בתופעה זו בצוללות. במיוחד נוצרו בסנט פטרסבורג אופניים תת-מימיים אקזוטיים למדי, מסיבה כלשהי שנקראו באנגלית - Blue Space, בתרגום כ"חלל כחול". מה שהוא משתמש כדי להסתובב זה אפקט קואנדה. מול "האופניים התת מימיים" מותקנים יריעות, בהן מותקנים גלילי חתירה, היונקים מים דרך חריצים מיוחדים. לאחר מכן המים נדחפים אל פני השטח של גוף המכונה, ויוצרים דחף על פני השטח שלו. מים זורמים סביב הגוף כולו, נשאבים בחזרה לתוך החריץ בירכתי, ונדחפים החוצה.
