Эффект куанда что это
Занимательная физика: эффект Коандэ в закладки 8
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.
masterok
masterokМастерок.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
ПРИМЕНЕНИЕ ЭФФЕКТА КОАНДА. Часть 1. АВИАЦИЯ
Фундаментальные теоретические и экспериментальные исследования эффекта Коанда, начатые с конца 30-х годов и продолженные в послевоенный период, позволили установить его основные черты, важнейшей из которых оказалась возможность поворота струи на большие углы.
Аэродинамический эффект был открыт в 1910 году в ходе экспериментов над новым профилем крыла первого реактивного самолета, известного как «the Coandã-1910» (рис.1). К сожалению, при первой публичной апробации самолет потерпел крушение, но эта неудача дала рождение многим техническим решениям.
Авиаконструкторы многих стран разрабатывали конструкции крыла и фюзеляжей, усиливающих действие эффекта Коанда, обеспечивая увеличение подъемной силы самолета, широко известен закрылок Коанда, сохраняющий постоянную кривизну верхней поверхности при его отклонении и обдуваемый струёй сжатого воздуха или реактивной струёй.
Первые натурные эксперименты по суперциркуляции провели в 1954-м. В них струя газа, обладающая достаточно большой энергией, выдувалась из задней кромки крыла, образуя струйный закрылок. Интерес NASA к струйным закрылкам в конце 1950-х годов привел к разработке силовой установки, в которой вся реактивная струя выпускалась через относительно тонкую щель над верхней поверхностью крыла, создавая дополнительную подъемную силу. Однако двигатели транспортных самолетов того периода не имели достаточной тяги и не обеспечивали необходимого увеличения подъемной силы.
Идея оставалась без практического применения до тех пор, пока исследования, проведенные в NASA, не показали, что этим способом можно отклонять мощные выхлопные струи ТРДД с большой двухконтурностью, причем на большие углы и без чрезмерных потерь.
Так в США 1972 г. были заключены контракты с компаниями McDonnell Douglas и Boeing, каждая из которых должна была сконструировать, построить и испытать два опытных образца среднего транспортного самолета укороченных взлета и посадки по программе Advanced Medium STOL Transport (AMST). Компания McDonnell Douglas представила самолет YC-15 (рис. 2), и его опытный образец совершил первый полет 26 августа 1975 года.
Boeing C-14 (рис. 3) 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 1972 г. проходили предварительные исследования по самолету короткого взлета и посадки (КВП) в ОКБ О.К. Антонова (г. Киев). Инициатором работ над самолетом (рис. 5), использующим нетрадиционный метод повышения подъемной силы, был сам Генеральный конструктор. Говоря о целесообразности такого решения, Антонов О.К. образно описывал сотрудникам, как «могучий поток газов, с большой скоростью вытекающий из сопла реактивного двигателя, пройдет над крылом, создавая дополнительную подъемную силу».
Одной из главных особенностей Ан-72, обеспечившей сокращение разбега при взлете, является расположение двигателей над крылом. Это обусловлено стремлением конструкторов использовать так называемый «эффект Коанда», когда при отклоненных предкрылках и закрылках выхлопная струя двигателя, установленного на крыле в выдвинутой вперед мотогондоле, обтекает без отрыва верхнюю поверхность крыла и закрылка и отклоняется вниз, обеспечивая увеличение подъемной силы и сокращение взлетной дистанции.
Вера в перспективность нового самолета была столь велика, что решение о серийном производстве приняли, не дожидаясь конца испытаний. Американские QSRA и построенный по заказу ВВС Боинг YC-14, проходившие испытания в это время, так и не вышли из стадии опытных образцов.
Возможно, роль эффекта Коанда в создании подъемной силы Ан-72 составила не значительную величину (5-7%), но это не помешало в 1993 году компанией Boeing выпустить C-17 Globemaster III (на 2011 г. насчитывается 232 действующих единиц) также использующий эффект, хотя и в меньшей степени, нежели прототип YC-14.
Учёные и инженеры из Санкт-Петербургского государственного морского технического университета разработали пилотируемый аппарат «Blue Space» (рис. 6), использующий эффект Коанда для перемещения под водой.
Эффект Коанда 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 (рис. 7).
Небольшие гладкие устройства сферической формы (рис. 21) способны путешествовать по трубопроводам системы охлаждения в поисках возможных трещин. Особенностью механического инспектора является отсутствие винтов или других внешних движительных элементов.
Применение суперциркуляции (эффекта Коанда) существует и в вертолетостроении: в 1975г. фирма Hughes, позднее вошедшая в фирму McDonnell-Douglas, начала исследования системы система NOTAR (No Таil Rotor), применяемой вместо рулевого винта.
Эта система (рис. 8) состоит из сопловой и циркуляционной подсистем. Циркуляционная подсистема использует эффект Коанда (при выдуве высокоскоростных струй через продольные щели на цилиндрической хвостовой балке), благодаря которому при обтекании хвостовой балки индуктивным потоком от несущего винта создается аэродинамическая сила, компенсирующая на плече относительно оси несущего винта часть реактивного момента.
Достоинства системы NOTAR заключаются в повышении безопасности (рулевой винт является уязвимым узлом вертолётов одновинтовой схемы) и значительном снижении уровня шума.
Существует три модели серийных вертолётов, использующих систему NOTAR, все они производятся компанией «MD Helicopters»:
В сентябре 1979 г. совершил первый полет NHH-2D с использованием несущего винта с управляемой циркуляцией. Концепция подобного несущего винта изучалась и оценивалась фирмой «Каман» в течение нескольких лет, полностью воплотилась в модели SH-2G (рис.12).
Струйный контроль полёта (fluidic flight control) применен для беспилотного турбореактивного самолёта DEMON (рис. 13). Этот уникальный аппарат избавлен своими создателями от необходимости использования для манёвров элеронов, закрылков и рулей, благодаря методам управления пограничным слоем, базирующимся на эффекте Коанда.
Откачивая или вдувая воздух в ключевых точках крыла или фюзеляжа, можно с помощью, сравнительно, тонких струй управлять движением аппарата.
Британская компания AESIR предлагает новый тип беспилотника с вертикальным взлётом, не имеющим каких-либо внешних подвижных частей (не считая небольших пластинок для отклонения потоков воздуха).
Вентилятор в центре машины служит для создания потока воздуха вокруг неё. Но в отличие от целого ряда аппаратов типа «винт в кольце» сам этот поток не создаёт реактивной подъёмной силы. И лопасти вентилятора тут тоже не действуют по принципу вертолётного винта.
В данном случае струя прилипает к закруглённой внешней поверхности корпуса. При этом на ней создаётся разряжение, увлекающее аппарат вверх. Раздельное регулирование потоков воздуха у разных секторов «тарелки» позволяет ей наклоняться и менять курс.
Метровый в диаметре Odin потребляющим реактивное горюче. Сама эта «тарелка» весит 10 килограммов и поднимает такую же нагрузку. В небе она держится час.
Следует отметить, что дисколеты («летающие тарелки»), работающие на эффекте Коанда можно выделить как отдельное направление авиатехники. Одни конструкции считаются мифическими, в других действием эффекта обуславливается лишь 5-10% подъемной силы, а третьи вообще не работоспособны.
Шривер и Габермоль якобы испытали свой дисковидный летательный аппарат в феврале 1941 года. Он как раз обладал возможностью вертикального взлёта, но эта модель № 1 принесла своим разработчикам массу проблем, поскольку постоянно терпела аварии. Была предпринята попытка утяжелить внешний обод, но и это не принесло успеха.
Модель № 2 представляла собой усовершенствованный вариант предыдущей. Размер «тарелки» увеличили, разместив в ее кабине двух пилотов, лежащих в креслах. Были усилены двигатели, увеличен запас топлива. Для стабилизации использовался рулевой механизм, подобный самолетному. Скорость якобы достигала 1200 километров в час. Как только набиралась нужная высота, несущие лопасти, находившиеся под днищем, изменяли свою позицию, и аппарат двигался подобно современным вертолетам.
Вячеслав и Михаил Козыревы, авторы фундаментального исследования под названием «Секретные проекты люфтваффе времён Второй Мировой войны», в своём труде чудо-двигатель Шаубергера даже не упоминают. Они пишут, что Джузеппе Белуццо родился в Вероне в 1876 году и сам был крупным специалистом в области двигателестроения. Он построил первую итальянскую паровую турбину, позднее усовершенствованную им для установки на линкорах и крейсерах. Белуццо занимался не только научно-технической деятельностью, но и политикой: при фашистском правительстве в Италии он избирался в парламент, и в течение трёх лет даже занимал пост министра экономики. Он утверждал, что наблюдавшиеся во время войны светящиеся НЛО являлись всего-навсего изобретёнными им дисковыми летательными аппаратами. Эти аппараты в обстановке строжайшей секретности разрабатывались с 1942 года в Италии и Германии. В доказательство своей правоты Белуццо в 1950 году представил эскизные наброски некоторых своих разработок военных лет.
Тем не менее, отрывочные и фрагментарные данные об испытаниях немецких «летающих дисков» существуют. Правда, за их достоверность полностью ручаться трудно.
Из современных конструкций наиболее известными являются: разработки, Ю.И. Безрукова (рис. 17), канадской фирмы «AVRO» (рис.18), Г. Смирнова (рис. 19), отца и сына Павловых (г. Казань) (рис. 20), А. Голгота (с. Алимпешть, Румыния) и др. Следует отметить, что проектом «AVROCAR» занимался английский конструктор Джон Фрост.
В данной работе рассмотрены технические устройства, в аэродинамическую схему которых входит эффект Коанда, обзор следует дополнить устройствами пневмоники (струйной пневмоавтоматики), вентиляции, кондиционирования, аспирации и т.д.
Эффект куанда что это
31-летний профессор машиностроения Дэвид Шмидт из Университета Массачусетса в Амхерсте в 2001 году получил Шнобелевскую премию за то, что на софте за 28 000 долларов для моделирования потоков жидкостей просчитал модель, частично объясняющую, почему занавеска хочет прилипнуть к вам в душе. (Публикация в Scientific American )
Дэвид Шмидт исследовал способы точной имитации брызг и распыления (spray). Обычно они использовали эти симуляции распыления, чтобы помочь разработать лучшие дизельные и авиационные двигатели. Однако тот же анализ в равной степени применим и к душевой кабине в ванной. В конце концов, душ — это просто большая струя брызг.
В своей симуляции Дэвид Шмидт учел эффекты дробления капель, модель также учитывала деформацию (distortion) капель, которая существенно влияет на аэродинамическое сопротивление.
Все предыдущие объяснения были теоретические: от эффекта Бернулли (Bernoulli effect) до теории плавучести (buoyancy effect).
Гипотеза эффекта Бернулли
Самым популярным объяснением эффекта занавески для душа является принцип Бернулли. Принцип Бернулли гласит, что увеличение скорости приводит к снижению давления. Эта теория предполагает, что вода, вытекающая из насадки для душа, заставляет воздух, через который движется вода, течь в том же направлении, что и вода. Это движение будет параллельно плоскости занавески для душа. Согласно принципу Бернулли, если воздух движется по внутренней поверхности занавески для душа, давление воздуха там упадет. Это приведет к перепаду давления между внутренним и внешним пространством, что приведет к перемещению занавески внутрь. Эффект будет наиболее сильным, когда зазор между человеком и занавеской будет наименьшим, в результате чего занавеска будет прилипать к человеку.
Но эффект Бернулли основан на соотношении давления и ускорения и не учитывает наличия капель. И, по расчетам лауреата Шнобелевской премии, этот эффект не отвечает за прогиб занавески в душе.
Также называемый эффектом дымохода или эффектом стека/тяги, подразумевает, что теплый воздух (из горячего душа) поднимается над занавеской душа, когда более прохладный воздух (около пола) проталкивается под занавеску, заменяя поднимающийся воздух. Если придвинуть занавеску к струе, вихрь (ближнего действия) и эффекты Коанда становятся более значительными. Однако эффект занавески для душа сохраняется при использовании холодной воды, что означает, что это не может быть единственным действующим механизмом.
Теория плавучести предполагает, что горячий душ вызывает повышение температуры воздуха в душе, уменьшая его плотность. В этом случае давление на душевой стороне занавески будет ниже, чем давление снаружи на той же высоте от пола, что приведет к смещению занавески в сторону более низкого давления. Проблема с этим объяснением состоит в том, что занавеска так же будет втягиваться внутрь к холодному душу.
Эффект Коанда, также известный как «прикрепление пограничного слоя», представляет собой тенденцию движущейся жидкости прилипать к соседней стене.
Гипотеза горизонтального вихря
Для расчета Дэвид Шмидт нарисовал модель типичного душа и разделил зону душа на 50 000 крохотных ячеек. Ванна, душ, карниз и комната за пределами душа также были включены. Шмидт запускал программу Fluent в течение двух недель на своем домашнем компьютере по вечерам и по выходным (когда его жена не использовала компьютер). За это время ему удалось смоделировать 30 секунд потока брызг.
Компьютерное моделирование показало, что брызги образуют горизонтальный вихрь. Этот вихрь имеет в центре зону низкого давления, которая всасывает завесу. Эта область низкого давления притягивает занавеску. Вихрь вращается вокруг оси, перпендикулярной занавеске. Это немного похоже на пылевой смерчик, но в отличие от смерча, этот вихрь не гаснет, потому что он постоянно подпитывается потоком капель.
Капли воды в ливне показаны цветом по величине скорости. На занавеске для душа обозначены заполненные контуры давления.
Векторы скорости показывают движение воздуха в душе. Помимо движения, вызванного лобовым сопротивлением, вблизи ливня имеется большая картина рециркуляции над ним.
Показанный здесь прогиб душевой занавески (не в масштабе) был рассчитан с использованием баланса сил.
Тяга достаточно слабая, поэтому если напор воды небольшой, или душ недостаточно распыляет поток на капли, или занавеска тяжелая, то засасывание не заметно.
Профессор Шмидт непреклонен в том, что это исследование было сделано «для развлечения» в свободное время без использования грантов.
Мое личное десятилетнее наблюдение за «эффектом душевой занавески» показало, что широкая «лейка» вызывает бомбическую тягу, а от температуры воды тяга не меняется.
Автор: Алексей JetHackers Стаценко
Эффект Коанда
Немножко физики
Эффект Коанда — 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.
Применение эффекта Коанда в гоночных машинах
Прежде чем говорить о применении данного эффекта, давайте с ним познакомимся.
Эффект Коа́нда — физическое явление, открытое румынским учёным Анри Коандэ.
Самолет Coandă 1910:
Чтобы пламя из расположенных по бокам реактивных сопл не подожгло фанерный фюзеляж, изобретатель установил металлические отражатели. Но когда самолет начал разбег, Коанда с изумлением увидел: щитки, вместо того, чтобы отражать пламя, наоборот, присасывают его к фюзеляжу. Сделанное в столь необычных условиях открытие едва не стало причиной аварии. Однако Коанда хотел подробнее изучить данное явление.
Он отправился к известному аэродинамику фон Карману, который сразу оценил важность открытия. Эффект заключается в том, что струя жидкости или газа прилипает к поверхности твердого тела. Искусно подбирая форму этой поверхности, можно изменить направление струи и даже повернуть её в обратную сторону.
Коанда установил, что изгибаемая воздушная струя присасывает (тянет за собой) воздух из окружающей среды. Он измерил давление в разных точках обтекаемой поверхности, и оказалось, что оно ниже атмосферного. Выходит, что атмосферное давление, давящее на противоположную стенку поверхности, создает силу, способную перемещать аппарат.