Понедельник, 15.10.2018, 22:08
Приветствую Вас Гость | RSS
Шестнадцатая олимпиада
QR-код сайта
Форма входа
...
Главное меню
ОБЩАЕМСЯ
Архив
...
Грант Президента
Поиск
Система Orphus
Главная » Статьи » Архив работ » Пятнадцатая олимпиада (2017/18 уч.год)

Использование эффекта Коанда в летательных аппаратах

Автор: Пушинская Кристина Валерьевна
Возраст:  19 лет
Место учебы:  Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет
Город, регион:  Республика Башкортостан, г.Уфа.
Руководитель: Шишкина А.Ф., Каменев С.И.

Использование эффекта Коанда в летательных аппаратах

Содержание

  1. Введение.
  2. Обнаружение эффекта и его развитие.
  3. Применение эффекта Коанда в летательных аппаратах.
  4. Вывод.
  5. Список литературы.

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.

Рисунок 4 – Ан-72

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.

5. Список литературы

  1. Семиненко А.С, Шумский А.С., Долгаль А.В. Применение эффекта Коанда. Часть 1. Авиация // IV Международная студенческая электронная научная конференция «Студенческий научный форум».
  2. Ганич Г.А., Гущина Н.А., Жулев Ю.Г. Эффект Коанда при выдуве струй из прямоугольных сопл под углом к плоской поверхности // Ученые записки ЦАГИ. Том XXV, 1994 г.
  3. Раrks Е. К. and Peterson R. Е. Analysis оf а Coande type flow // AJАА J. 1968. Vol. 6, № 1.
  4. Nеwmаn В. Е. The deflexion оf plane jets bу bоundary layer Coande effect. Воundary layer and flow control / Ed. bу Lachmen G. V. // Pergamono Press.1961. Vol. I
Категория: Пятнадцатая олимпиада (2017/18 уч.год) | Добавил: Service (02.01.2018) | Автор: Пушинская Кристина Валерьевна W
Просмотров: 1838 | Комментарии: 4 | Рейтинг: 3.8/178
Всего комментариев: 4
4  
Интересная работа!

2
3  
И необходимо пройти тестирование!!!!

1  
В начале работы должна быть информация об авторе! - 
Автор: 
Возраст: 
Место учебы: 
Город, регион: 
Руководитель:

2  
Спасибо большое,Илья!
Исправлено.

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Переводчик
...
ВНИМАНИЕ!
ПРИЁМ ЗАЯВОК ОТКРЫТ!
ТЕСТИРОВАНИЕ НАЧАТО!
ПРИЁМ РАБОТ ОТКРЫТ!

Календарь
Google+
Их многие читают
Нет материалов
Мини-чат
Техподдержка
E-mail отправителя *:


Тема письма:


Текст сообщения *:



Форум техподдержки
Наш логотип
«Олимпиада Можайского»
Организатор

Copyright: Клуб авиастроителей ©2018