Ci sono molti fenomeni fisici e leggi scoperti dall'uomo quasi per caso. A partire dalla mitica mela caduta sulla testa di Isaac Newton, e Archimede che fa un bagno tranquillo, fino alle ultime scoperte nel campo della creazione di nuovi materiali e della biochimica. L'effetto Coanda appartiene alla stessa serie di scoperte. Stranamente, ma la sua applicazione pratica nella tecnologia è ancora allo stadio iniziale. Allora, qual è l'effetto Coanda?
Cronologia delle scoperte
L'ingegnere rumeno Henri Coanda, mentre testava il suo velivolo sperimentale, dotato di un motore a reazione, ma con un corpo in legno, per impedire l'accensione del corpo da una corrente a getto, ha installato piastre metalliche protettive sui lati del motori. Tuttavia, l'effetto di ciò si è rivelato l'opposto di quanto previsto. I getti in scadenza, per ragioni sconosciute, iniziarono ad essere attratti da queste piastre protettive e le strutture in legno della cellula poste nell'area del loro posizionamento potevano prendere fuoco. I test si sono conclusi con un incidente, ma l'inventore stesso noSubìto. Tutto questo è accaduto proprio all'inizio del 20° secolo.
Verifica sperimentale
L'effetto Coanda è un fenomeno che puoi testare comodamente dalla tua cucina. Se apri l'acqua del rubinetto e avvicini un piatto piano al getto d'acqua, puoi vedere questo effetto con i tuoi occhi. L'acqua devierà appena percettibilmente verso il piatto. Allo stesso tempo, la portata dell'acqua potrebbe non essere molto elevata. In linea di principio, questo fenomeno si osserva in qualsiasi mezzo: acqua o aria. La cosa principale è la presenza di un flusso medio e la presenza di una superficie adiacente a questo flusso su un lato.
A proposito, questo fenomeno ha un altro nome: l'effetto bollitore. È grazie a questo effetto che quando la teiera è inclinata, l'acqua da essa non cade nella tazza, ma scorre lungo il beccuccio, allagando la tovaglia e talvolta le ginocchia degli altri. Poiché le leggi dell'idrodinamica e dell'aerodinamica nel suo insieme, con poche eccezioni, sono praticamente identiche, per non essere ripetute, in futuro si terrà conto dell'effetto Coanda per l'ambiente aereo.
Fisica del fenomeno
L'effetto Coanda si basa sulla differenza di pressione risultante nel flusso in presenza di un muro che limita questo flusso, impedendo il libero accesso dell'aria da un lato. Qualsiasi flusso d'aria è costituito da strati con velocità diverse. Allo stesso tempo, è stato sperimentalmente dimostrato che la forza di attrito tra lo strato d'aria e la superficie solida adiacente è inferiore a quella tra i singoli strati d'aria. Pertanto, risulta essere la velocità dello strato d'aria che passa vicino alla superficieal di sopra della velocità dello strato d'aria distante da questa superficie.
Inoltre, a una distanza sufficientemente grande, la velocità di uno degli strati d'aria rispetto alla superficie sarà generalmente pari a zero. Risulta un campo di velocità non uniforme lungo l' altezza del flusso. Secondo le leggi della dinamica dei gas, qui sorge una differenza di pressione trasversale, che devia il flusso verso una pressione più bassa, cioè dove la velocità dello strato d'aria è maggiore, verso il muro di delimitazione. Scegliendo la forma dell'ugello e della superficie, sperimentando distanze e velocità, è possibile modificare la direzione del flusso in un range abbastanza ampio.
Matematica
Per molto tempo, il fenomeno descritto non è stato affatto riconosciuto, nonostante la sua ovvietà e la relativa facilità di verifica sperimentale. Poi c'era bisogno di calcoli teorici della forza e del vettore di questa forza, cioè per calcolare l'effetto Coanda. Tali calcoli sono stati effettuati per diversi tipi di jet.
Le formule derivate sono piuttosto ingombranti e rappresentano una combinazione di calcolo differenziale e trigonometria. Ma questi calcoli complessi e in più fasi possono fornire solo un risultato approssimativo. Naturalmente, tutto questo non viene calcolato sulla carta, ma utilizzando moderni algoritmi incorporati nei computer. Tuttavia, i valori reali possono essere ottenuti solo sperimentalmente. Troppi fattori contribuiscono a questo effetto e non tutti possono essere descritti usando formule matematiche.
Da cosa dipende questo fenomeno
Tralasciando l'elaborata analisi delle formule, che richiede abilità straordinarie, la forza dell'effetto Coanda dipende dalla velocità del flusso, dal rapporto tra il diametro del flusso e la curvatura della parete. Gli esperimenti hanno dimostrato che la posizione e il diametro dell'ugello, la rugosità della superficie della parete, la distanza tra il flusso e la parete che lo limita, nonché la forma della parete stessa, sono di grande importanza. Si noti inoltre che l'effetto Coanda è più pronunciato nel flusso turbolento.
Cos' altro ha inventato lo scopritore
Dopo la scoperta del fenomeno, A. Coanda iniziò a svilupparlo ea cercare applicazioni pratiche. Il risultato dei suoi sforzi fu un brevetto per l'invenzione di un ombrello volante. Se gli ugelli sono installati al centro dell'emisfero come un ombrello, espellendo un flusso di gas, allora, secondo l'effetto Coanda, questo flusso verrà premuto contro la superficie dell'emisfero e scorrerà verso il basso, creando una regione di pressione sopra l'ombrello, spingendolo verso l' alto. Lo stesso inventore la chiamò l'ala di un aereo, rotolata in un anello.
I tentativi di mettere in pratica questa invenzione non hanno avuto successo. Il motivo è l'instabilità dell'apparato nell'aria. Tuttavia, i recenti progressi nel campo del controllo intelligente delle strutture instabili nell'aria, il cosiddetto principio Fly by Wire, danno speranza per l'emergere di questo velivolo esotico.
Cosa è stato realizzato
Sebbene non sia stato possibile sollevare in aria l'ombrello dell'inventore, l'effetto Coanda inl'aviazione è usata, ma, relativamente parlando, in aree secondarie. Tra gli esempi più notevoli si può citare un elicottero senza rotore di coda sviluppato negli anni '40, le cui funzioni di compensazione della rotazione del rotore principale erano svolte da una ventola installata nella parte posteriore e ugelli con apposite guide. Lo stesso sistema ha permesso di controllare l'elicottero in imbardata e beccheggio. Questo è stato applicato su MD 520N, MD 600N e MD Explorer.
Sugli aeroplani, l'effetto Coanda è, prima di tutto, un aumento della portanza dovuto al flusso d'aria aggiuntivo dal motore alla superficie superiore dell'ala, che dà il massimo effetto quando la meccanizzazione viene rilasciata, cioè quando l'ala ha il profilo più “convesso”, consentendo al flusso di uscire quasi verticalmente verso il basso. Ciò è stato implementato sugli aerei sovietici An-72, An-74 e An-70. Tutte queste macchine hanno caratteristiche di decollo e atterraggio migliorate, consentendo l'uso di corsie di decollo e atterraggio corte.
Dalla tecnologia americana, possiamo chiamare il "Boeing C-7", usando lo stesso principio, così come un certo numero di macchine sperimentali. Nel dopoguerra furono fatti molti tentativi per creare un aereo basato sui principi dell'effetto Coanda. Tutti avevano la forma di un disco volante, e tutti, dopo un certo tempo, furono chiusi per difficoltà tecniche. È possibile che al momento questi lavori vengano eseguiti in una forma rigorosamente sorvegliata.
Dal cielo alla terra e sott'acqua
Per aumentare il grip delle ruote con il cingolo, si iniziò ad utilizzare l'effetto Coandae nei progetti di vetture di Formula 1. Le macchine sono dotate di diffusori e carenature, contro le quali viene premuto il flusso dei gas di scarico, fornendo l'effetto desiderato. L'immagine sopra mostra il movimento dei gas di scarico che aderiscono ai contorni, nonostante il tubo di scarico stesso sia rivolto verso l' alto.
Oltre al trasporto terrestre, sono stati e sono in corso lavori sperimentali relativi all'uso di questo fenomeno sui sottomarini. In particolare, a San Pietroburgo è stata creata una bicicletta subacquea piuttosto esotica, per qualche motivo chiamata in inglese - Blue Space, tradotta come "spazio blu". Quello che usa per muoversi è l'effetto Coanda. Le carenature sono installate davanti alla "bicicletta subacquea", in cui sono montati i rulli del vogatore, che aspirano l'acqua attraverso apposite fessure. L'acqua viene quindi spinta sulla superficie del corpo macchina, creando spinta sulla sua superficie. L'acqua scorre intorno all'intero scafo, viene risucchiata nella fessura a poppa ed espulsa.
