Как возникает подъемная сила благодаря эффекту Коанда?

Основной идеей здесь, по-видимому, является использование выпуклых или, по крайней мере, «сильно» изогнутых поверхностей, особенно в отношении сечений крыла самолета. Читая различные статьи, кажется, что довольно легко ошибиться в оценке того, возникает ли эффект Коанды и когда, вплоть до того, что можно спутать эффект Бернулли с эффектом Коанды.

Источник изображения и выдержка из текста Thermofluids UK :

Эффект Коанды - это явление, при котором струйный поток присоединяется к близлежащей поверхности и остается прикрепленным, даже когда поверхность изгибается в сторону от первоначального направления струи. В свободном окружении струя жидкости захватывается и смешивается с окружающей средой по мере того, как она вытекает из сопла.

Когда поверхность приближается к струе, это ограничивает унос в этой области. Когда поток ускоряется, пытаясь сбалансировать передачу импульса, возникает перепад давления на струе, и струя отклоняется ближе к поверхности, в конечном итоге прикрепляясь к ней.

Даже если поверхность изогнута в сторону от первоначального направления, струя имеет тенденцию оставаться прикрепленной. Этот эффект можно использовать для изменения направления струи. При этом скорость перемешивания струи часто значительно увеличивается по сравнению с эквивалентной свободной струей.

Было построено довольно много самолетов с дополнительными двигателями, специально предназначенными для направления потока через верхнюю часть крыла, где изгиб наиболее выражен. Воздух, направляемый над крылом, может быть «наклонен» к земле с помощью закрылков и реактивного листа, обдувающего изогнутую поверхность верхней части крыла, для создания, как правило, временного эффекта большой подъемной силы. Это может быть особенно применимо в регионах, где гористая местность ограничивает длину взлетно-посадочной полосы.

Эффект Коанды дополняет обычную роль закрылков за счет значительного увеличения градиента скорости в сдвиговом течении в пограничном слое над верхней поверхностью крыла. При этом градиенте скорости частицы сдуваются с поверхности, что снижает давление в этой области.

Согласно Википедии, эффект Коанды часто неправильно применяют в ситуациях, когда он не является причиной, например, в хорошо известном «трюке» держать изогнутую сторону ложки рядом с текущим краном, где поверхностное натяжение является причиной натяжения. в поток воды.

Если вы посмотрите на свою иллюстрацию выше, из-за особого профиля секции крыла нижняя поверхность гораздо менее изогнута, чем верхняя. Если вы посмотрите из иллюминаторов любого современного самолета, когда он выпускает закрылки, то заметна нисходящая кривая, и это подтверждает упомянутую выше идею установки устройств обдува воздухом для использования этой выпуклой поверхности.

Но как может быть выше давление на нижней стороне по той же причине? Также жидкость прилипает к поверхности из-за вязкости, поэтому возникает эффект Коанда.

Я думаю, что иллюстрация в вашем посте выше или, возможно, ее интерпретация могут быть неверными. Нижняя поверхность, очевидно, находится не там, где проявляется наибольший изгиб, поэтому будут возникать перепады давления.

Из Википедии Эффект Коанды

Для сравнения опыта с расчетом возьмем двумерную плоскостенную струю шириной h вдоль круглой стенки радиуса r. Пристенная струя следует за плоской горизонтальной стенкой, скажем, бесконечного радиуса, а лучше радиуса Земли, без отрыва, так как поверхностное давление, как и внешнее давление в зоне смешения, везде равно атмосферному давлению, а на границе слой не отделяется от стены.

При гораздо меньшем радиусе (12 сантиметров на изображении) возникает поперечная разность между внешним давлением и давлением на поверхность стенки, создавая поле давления, зависящее от h/r, относительной кривизны. Это поле давления может возникать между зоной вокруг и после начала струи, где она постепенно возникает, и зоной перед точкой отрыва пограничного слоя струи при атмосферном давлении, где она постепенно уменьшается.

Источник изображения: Марсель Кадош - собственная работа.

Поверхностное давление пристенной струи вдоль круглой стенки

Эксперименты, проведенные в 1956 г. при числе Рейнольдса 106 и различной ширине h, показывают давление, измеренное вдоль круглой стенки, введенной на горизонтальном расстоянии от начала струи.

Выше критического отношения h/r, равного 0,5, наблюдается только локальный эффект, образованный этими двумя зонами, каждая из которых простирается под небольшим углом 9°. Это не эффект Коанды. Если отношение h/r меньше критического значения 0,5, между ними возникает дополнительное отклонение, которое можно с полным правом назвать истинным эффектом Коанды при почти постоянном давлении, как в обычной струе пристенной струи.

Наконец, вертолеты, оборудованные NOTAR (без хвостового винта), использовали этот эффект для замены обычного хвостового винта с приводом от вала.

Очевидно, слово «обнять» на иллюстрации является отсылкой к эффекту, описанному в начале этого ответа.

Если вопрос звучит так: Подъемная сила аэродинамического профиля и эффект Коанда, ответ подразумевается в моем вкладе в: Википедия, свободная энциклопедия: Эффект Коанда: условия существования. Эффект Коанда не имеет ничего общего с подъемной силой аэродинамического профиля, это чисто инерционный эффект, полностью объясняемый невязкой безвихревой теорией, в которой вообще отсутствует вихрь, ограниченный или нет. Пограничный слой этого невязкого потока и турбулентное смешение с окружающим воздухом являются единственными местами для эффектов вязкости, которые не вызывают эффекта Коанда: напротив, их влияние должно ограничивать и, наконец, препятствовать возникновению эффекта Коанда. Марсель Кадош

Как показано на рисунке, мы определяем, что направление центра кривизны линии тока — это внутренняя часть линии тока, а противоположное направление — это внешняя сторона линии тока. Глядя на линию тока в нижней части крыла, мы видим, что крыло находится вне линии тока. Следовательно, давление воздушного потока увеличивается, потому что воздушный поток изменяется при сжатии крыла. Глядя на линию тока в верхней части крыла, мы видим, что крыло находится внутри линии тока. Крылья тянут, чтобы изменить направление потока, поэтому давление потока уменьшается. Таким образом, у крыла есть разница давлений, поэтому крыло может получить подъемную силу.

Следовательно, подъемная сила крыла не создается Коандеэффектором, т.к. Коандеэффектор не может быть без вязкости, а подъемная сила крыла может создаваться без вязкости.

Если вы можете понять создание подъемной силы с помощью 3-го закона Ньютона; тогда применить эффект Коанда просто.

Просто для ясности, ньютоновское объяснение полета: самолет летит через массу воздуха ('m'), которую крылья ускоряют ('a') вниз, создавая направленную вниз силу (сила = ma). «Равная и противоположная» направленная вверх сила создает подъемную силу. https://youtu.be/GAAOYOmtEQI

Продемонстрируйте эффект Коанда на примере: если плоские крылья самолета заменить изогнутыми крыльями. Эффект Коанда на верхней стороне изогнутых крыльев увеличивает массу воздуха («m»), ускоряемого вниз; это затем увеличивает направленную вниз силу (F = ma). В свою очередь, это увеличивает «равную и противоположную» восходящую силу (подъемную силу).

Большая часть подъемной силы на верхней стороне аэродинамического профиля возникает из-за снижения атмосферного давления (более 1000 фунтов на квадратный фут), отталкиваемого набегающим воздухом под углом атаки от нижней части крыла. Верх крыла создает ок. 67% подъема!