Ada banyak fenomena dan hukum fisika yang ditemukan oleh manusia secara tidak sengaja. Mulai dari apel legendaris yang jatuh di kepala Isaac Newton, dan Archimedes yang sedang mandi dengan tenang, hingga penemuan terbaru di bidang pembuatan bahan dan biokimia baru. Efek Coanda termasuk dalam rangkaian penemuan yang sama. Anehnya, tetapi penerapan praktisnya dalam teknologi masih pada tahap awal. Jadi, apa itu efek Coanda?
Riwayat penemuan
Insinyur Rumania Henri Coanda, saat menguji pesawat eksperimentalnya, yang dilengkapi dengan mesin jet, tetapi memiliki bodi kayu, untuk mencegah penyalaan bodi dari aliran jet, memasang pelat logam pelindung di sisi mesin. Namun, efeknya ternyata berbanding terbalik dengan apa yang diharapkan. Jet yang kedaluwarsa, untuk alasan yang tidak diketahui, mulai tertarik pada pelat pelindung ini dan struktur kayu badan pesawat yang terletak di area penempatannya dapat menyala. Tes berakhir dengan kecelakaan, tetapi penemunya sendiri tidakMenderita. Semua ini terjadi pada awal abad ke-20.
Verifikasi eksperimental
Efek Coanda adalah fenomena yang bisa Anda uji dari kenyamanan dapur Anda. Jika Anda membuka air di keran dan membawa piring datar ke aliran air, Anda dapat melihat efek ini dengan mata kepala sendiri. Air hampir tidak akan terlihat menyimpang ke arah piring. Pada saat yang sama, laju aliran air mungkin tidak terlalu tinggi. Pada prinsipnya, fenomena ini diamati di media apa pun: air atau udara. Hal utama adalah keberadaan aliran sedang dan keberadaan permukaan yang berdekatan dengan aliran ini di satu sisi.
Omong-omong, fenomena ini memiliki nama lain - efek ketel. Berkat efek ini, ketika teko dimiringkan, air darinya tidak jatuh ke dalam cangkir, tetapi mengalir ke cerat, membanjiri taplak meja, dan kadang-kadang lutut orang lain. Karena hukum hidrodinamika dan aerodinamika secara keseluruhan, dengan beberapa pengecualian, praktis identik, sehingga tidak terulang, di masa depan efek Coanda akan dipertimbangkan untuk lingkungan udara.
Fisika fenomena
Efek Coanda didasarkan pada perbedaan tekanan yang dihasilkan dalam aliran dengan adanya dinding yang membatasi aliran ini, mencegah akses bebas udara dari satu sisi. Setiap aliran udara terdiri dari lapisan dengan kecepatan yang berbeda. Pada saat yang sama, telah dibuktikan secara eksperimental bahwa gaya gesekan antara lapisan udara dan permukaan padat yang berdekatan lebih kecil daripada antara lapisan udara individu. Jadi, kecepatan lapisan udara yang lewat dekat permukaan ternyata adalahdi atas kecepatan lapisan udara yang jauh dari permukaan ini.
Selain itu, pada jarak yang cukup jauh, kecepatan salah satu lapisan udara relatif terhadap permukaan umumnya akan sama dengan nol. Ternyata medan kecepatan yang tidak seragam di sepanjang ketinggian aliran. Sesuai dengan hukum dinamika gas, perbedaan tekanan transversal muncul di sini, yang membelokkan aliran ke tekanan yang lebih rendah, yaitu, di mana kecepatan lapisan udara lebih tinggi - menuju dinding pembatas. Dengan memilih bentuk nosel dan permukaan, bereksperimen dengan jarak dan kecepatan, dimungkinkan untuk mengubah arah aliran dalam rentang yang cukup lebar.
Matematika
Untuk waktu yang sangat lama, fenomena yang dijelaskan tidak dikenali sama sekali, terlepas dari kejelasannya dan relatif mudahnya verifikasi eksperimental. Kemudian ada kebutuhan untuk perhitungan teoritis gaya dan vektor gaya ini, yaitu untuk menghitung efek Coanda. Perhitungan tersebut dibuat untuk berbagai jenis jet.
Rumus turunan cukup rumit dan mewakili kombinasi kalkulus diferensial dengan trigonometri. Tetapi perhitungan yang rumit dan multi-langkah ini hanya dapat memberikan hasil perkiraan. Tentu saja, semua ini tidak dihitung di atas kertas, tetapi menggunakan algoritma modern yang tertanam di komputer. Namun, nilai nyata hanya dapat diperoleh secara eksperimental. Terlalu banyak faktor yang menyebabkan efek ini, dan tidak semuanya dapat dijelaskan menggunakan rumus matematika.
Fenomena ini bergantung pada apa
Kesampingkan analisis rumus yang rumit, yang membutuhkan keterampilan luar biasa, kekuatan efek Coanda bergantung pada kecepatan aliran, rasio diameter aliran, dan kelengkungan dinding. Eksperimen telah menunjukkan bahwa lokasi dan diameter nosel, kekasaran permukaan dinding, jarak antara aliran dan dinding yang membatasinya, serta bentuk dinding itu sendiri, sangat penting. Juga dicatat bahwa efek Coanda lebih menonjol pada aliran turbulen.
Apa lagi yang ditemukan oleh penemunya
Setelah penemuan fenomena tersebut, A. Coanda mulai mengembangkannya dan mencari aplikasi praktis. Hasil usahanya adalah paten untuk penemuan payung terbang. Jika nozel dipasang di tengah belahan bumi mirip dengan payung, mengeluarkan aliran gas, maka, sesuai dengan efek Coanda, aliran ini akan ditekan ke permukaan belahan bumi dan mengalir ke bawah, menciptakan daerah rendah. tekanan di atas payung, mendorongnya ke atas. Penemunya sendiri menyebutnya sayap pesawat terbang, digulung menjadi cincin.
Upaya untuk menerapkan penemuan ini tidak berhasil. Alasannya adalah ketidakstabilan peralatan di udara. Namun, kemajuan terbaru di bidang kontrol cerdas atas struktur tidak stabil di udara, yang disebut prinsip Fly by Wire, memberikan harapan bagi kemunculan pesawat eksotis ini.
Apa yang telah dicapai
Meskipun tidak mungkin untuk mengangkat payung penemu ke udara, efek Coanda dipenerbangan digunakan, tetapi, secara relatif, di area sekunder. Dari contoh yang paling menonjol, seseorang dapat menyebutkan helikopter tanpa rotor ekor yang dikembangkan pada tahun 40-an, yang fungsinya untuk mengkompensasi rotasi rotor utama dilakukan oleh kipas yang dipasang di belakang dan nozel dengan pemandu khusus. Sistem yang sama memungkinkan untuk mengontrol helikopter di yaw dan pitch. Ini telah diterapkan pada MD 520N, MD 600N dan MD Explorer.
Pada pesawat terbang, efek Coanda adalah, pertama-tama, peningkatan daya angkat oleh aliran udara tambahan dari mesin ke permukaan atas sayap, yang memberikan efek maksimum ketika mekanisasi dilepaskan, yaitu ketika sayap memiliki profil paling "cembung", memungkinkan aliran meninggalkan hampir secara vertikal ke bawah. Ini telah diterapkan pada pesawat Soviet An-72, An-74, dan An-70. Semua mesin ini telah meningkatkan karakteristik lepas landas dan pendaratan, memungkinkan penggunaan jalur lepas landas dan pendaratan yang pendek.
Dari teknologi Amerika, kita dapat memberi nama "Boeing C-7", menggunakan prinsip yang sama, serta sejumlah mesin eksperimental. Pada periode pasca perang, banyak upaya dilakukan untuk membuat pesawat terbang berdasarkan prinsip efek Coanda. Semuanya berbentuk piring terbang, dan semuanya, setelah waktu tertentu, ditutup karena kesulitan teknis. Ada kemungkinan bahwa pekerjaan ini sedang dilakukan dalam bentuk yang dijaga ketat pada saat ini.
Dari surga ke bumi dan di bawah air
Untuk meningkatkan cengkeraman roda dengan trek, efek Coanda mulai digunakandan dalam desain mobil Formula 1. Mesin dilengkapi dengan diffuser dan fairing, yang dengannya aliran gas buang ditekan, memberikan efek yang diinginkan. Gambar di atas menunjukkan pergerakan gas buang yang menempel pada kontur, padahal pipa knalpotnya sendiri mengarah ke atas.
Selain transportasi darat, pekerjaan eksperimental telah dan sedang dilakukan terkait dengan penggunaan fenomena ini di kapal selam. Secara khusus, sepeda bawah air yang agak eksotis dibuat di St. Petersburg, untuk beberapa alasan disebut dalam bahasa Inggris - Ruang Biru, diterjemahkan sebagai "ruang biru". Apa yang dia gunakan untuk bergerak adalah efek Coanda. Fairings dipasang di depan "sepeda bawah air", di mana rol dayung dipasang, menyedot air melalui slot khusus. Air kemudian didorong ke permukaan badan mesin, menciptakan daya dorong di permukaannya. Air mengalir di sekitar seluruh lambung, tersedot kembali ke slot di buritan, dan didorong keluar.
