Կան բազմաթիվ ֆիզիկական երևույթներ և օրենքներ, որոնք հայտնաբերել է մարդը միանգամայն պատահաբար: Սկսած Իսահակ Նյուտոնի գլխին ընկած լեգենդար խնձորից և Արքիմեդի խաղաղ լոգանք ընդունելուց մինչև նոր նյութերի ստեղծման և կենսաքիմիայի ոլորտում վերջին հայտնագործությունները։ Նույն հայտնագործությունների շարքին է պատկանում Կոանդայի էֆեկտը։ Բավական տարօրինակ է, բայց դրա գործնական կիրառումը տեխնոլոգիայի մեջ դեռ սկզբնական փուլում է: Այսպիսով, ի՞նչ է Կոանդայի էֆեկտը:
Հայտնաբերման պատմություն
Ռումինացի ինժեներ Հենրի Կոանդան, ռեակտիվ շարժիչով հագեցած, բայց փայտե կորպուսով իր փորձնական ինքնաթիռը փորձարկելիս՝ ռեակտիվ հոսքից մարմնի բռնկումը կանխելու համար, կողքերին տեղադրեց պաշտպանիչ մետաղական թիթեղներ։ շարժիչներ. Սակայն սրա էֆեկտը սպասվածի հակառակն է ստացվել։ Ժամկետանց շիթերը, անհայտ պատճառներով, սկսեցին ձգվել դեպի այդ պաշտպանիչ թիթեղները, և դրանց տեղակայման տարածքում գտնվող օդանավի փայտե կոնստրուկցիաները կարող էին բռնկվել: Փորձարկումներն ավարտվել են դժբախտ պատահարով, սակայն գյուտարարն ինքը՝ ոչՏառապել է. Այս ամենը տեղի է ունեցել 20-րդ դարի սկզբին։
Փորձնական հաստատում
Կոանդայի էֆեկտը երևույթ է, որը կարող եք փորձարկել ձեր խոհանոցի հարմարավետությունից: Եթե բացեք ծորակի ջուրը և հարթ ափսե բերեք ջրի հոսքին, ապա կարող եք տեսնել այս ազդեցությունը ձեր սեփական աչքերով։ Ջուրը հազիվ նկատելիորեն շեղվի դեպի ափսե։ Միեւնույն ժամանակ, ջրի հոսքի արագությունը կարող է շատ բարձր չլինել: Սկզբունքորեն, այս երեւույթը դիտվում է ցանկացած միջավայրում՝ ջրի կամ օդի մեջ: Հիմնական բանը միջին հոսքի առկայությունն է և այս հոսքին հարող մակերեսի առկայությունը մի կողմից։
Ի դեպ, այս երեւույթն այլ անուն ունի՝ թեյնիկի էֆեկտ։ Հենց այս էֆեկտի շնորհիվ է, որ թեյնիկը թեքելիս, դրանից ջուրը չի ընկնում բաժակի մեջ, այլ հոսում է վարդակից ներքև՝ ողողելով սփռոցը, երբեմն էլ՝ ուրիշների ծնկները։ Քանի որ հիդրոդինամիկայի և ընդհանուր առմամբ աերոդինամիկայի օրենքները, մի քանի բացառություններով, գործնականում նույնական են, որպեսզի չկրկնվեն, ապագայում օդային միջավայրի համար հաշվի կառնվի Կոանդայի էֆեկտը:
Երևույթի ֆիզիկա
Կոանդայի էֆեկտը հիմնված է հոսքի արդյունքում առաջացող ճնշման տարբերության վրա՝ պատի առկայության դեպքում, որը սահմանափակում է այս հոսքը, որը կանխում է օդի ազատ մուտքը մի կողմից: Ցանկացած օդային հոսք բաղկացած է տարբեր արագությամբ շերտերից։ Միևնույն ժամանակ, փորձնականորեն ապացուցվել է, որ օդային շերտի և հարակից պինդ մակերեսի միջև շփման ուժն ավելի քիչ է, քան առանձին օդային շերտերի միջև։ Այսպիսով, մակերեսին մոտ անցնող օդային շերտի արագությունը պարզվում էայս մակերեսից հեռու օդի շերտի արագությունից բարձր։
Ավելին, բավականաչափ մեծ հեռավորության վրա օդի շերտերից մեկի արագությունը մակերեսի նկատմամբ ընդհանուր առմամբ հավասար կլինի զրոյի։ Ստացվում է հոսքի բարձրության երկայնքով արագությունների անհավասար դաշտ։ Գազի դինամիկայի օրենքներին համապատասխան, այստեղ առաջանում է լայնակի ճնշման տարբերություն, որը շեղում է հոսքը դեպի ավելի ցածր ճնշում, այսինքն՝ այնտեղ, որտեղ օդային շերտի արագությունն ավելի մեծ է՝ դեպի սահմանային պատը: Ընտրելով վարդակի և մակերեսի ձևը, փորձարկելով հեռավորությունները և արագությունը՝ հնարավոր է փոխել հոսքի ուղղությունը բավականին լայն տիրույթում։
Math
Շատ երկար ժամանակ նկարագրված երևույթն ընդհանրապես չէր ճանաչվում՝ չնայած դրա ակնհայտությանը և փորձարարական ստուգման հարաբերական հեշտությանը։ Հետո անհրաժեշտություն առաջացավ այս ուժի ուժի և վեկտորի տեսական հաշվարկների, այսինքն՝ հաշվարկելու Կոանդայի էֆեկտը։ Նման հաշվարկներ արվել են տարբեր տեսակի շիթերի համար։
Ստացված բանաձևերը բավականին բարդ են և ներկայացնում են դիֆերենցիալ հաշվարկի համակցություն եռանկյունաչափության հետ: Բայց այս բարդ ու բազմաքայլ հաշվարկները կարող են տալ միայն մոտավոր արդյունք։ Իհարկե, այս ամենը հաշվարկվում է ոչ թե թղթի վրա, այլ օգտագործելով համակարգիչներում ներդրված ժամանակակից ալգորիթմներ։ Այնուամենայնիվ, իրական արժեքները կարելի է ձեռք բերել միայն փորձարարական եղանակով: Այս ազդեցությանը նպաստում են չափազանց շատ գործոններ, և դրանցից ոչ բոլորը կարելի է նկարագրել մաթեմատիկական բանաձևերի միջոցով:
Ինչի՞ց է կախված այս երեւույթը
Մի կողմ թողնելով բանաձևերի մանրակրկիտ վերլուծությունը, որը պահանջում է արտասովոր հմտություն, Կոանդայի էֆեկտի ուժգնությունը կախված է հոսքի արագությունից, հոսքի տրամագծի հարաբերակցությունից և պատի կորությունից: Փորձերը ցույց են տվել, որ մեծ նշանակություն ունեն վարդակի գտնվելու վայրը և տրամագիծը, պատի մակերեսի կոշտությունը, հոսքի և այն սահմանափակող պատի միջև եղած հեռավորությունը, ինչպես նաև բուն պատի ձևը: Նշվում է նաև, որ Կոանդայի էֆեկտն ավելի արտահայտված է տուրբուլենտ հոսքի ժամանակ։
Էլ ինչ է մտածել հայտնագործողը
Երևույթի բացահայտումից հետո Ա. Կոանդան սկսեց զարգացնել այն և գործնական կիրառություններ փնտրել։ Նրա ջանքերի արդյունքը թռչող հովանոցի գյուտի արտոնագիրն էր։ Եթե կիսագնդի կենտրոնում տեղադրվեն վարդակներ, որոնք նման են հովանոցին, որոնք արտանետում են գազերի հոսք, ապա, Կոանդայի էֆեկտի համաձայն, այս հոսքը կսեղմվի կիսագնդի մակերևույթին և կհոսի դեպի ներքև՝ ստեղծելով ցածր տարածք: ճնշումը հովանոցից վեր՝ հրելով այն վերև։ Ինքը՝ գյուտարարը, այն անվանել է ինքնաթիռի թև՝ գլորված օղակի մեջ։
Այս գյուտը գործնականում կիրառելու փորձերը հաջողությամբ չեն պսակվել: Պատճառը օդում ապարատի անկայունությունն է։ Այնուամենայնիվ, օդում անկայուն կառույցների խելացի կառավարման ոլորտում վերջին զարգացումները, այսպես կոչված, Fly by Wire սկզբունքը հույս է տալիս այս էկզոտիկ ինքնաթիռի առաջացման համար:
Ինչ արվեց
Թեև հնարավոր չէր գյուտարարի հովանոցը օդ բարձրացնել, Կոանդայի էֆեկտըավիացիան օգտագործվում է, բայց, համեմատաբար, երկրորդական ոլորտներում։ Առավել ակնառու օրինակներից կարելի է մեջբերել 40-ականներին մշակված առանց պոչի ռոտորի ուղղաթիռ, որի հիմնական ռոտորի պտույտը փոխհատուցելու գործառույթները կատարում էին հետևում տեղադրված օդափոխիչը և հատուկ ուղեցույցներով վարդակները: Նույն համակարգը հնարավորություն է տվել կառավարել ուղղաթիռը թեքության և թեքության մեջ։ Սա կիրառվել է MD 520N, MD 600N և MD Explorer-ի վրա:
Ինքնաթիռների վրա Կոանդայի էֆեկտը, առաջին հերթին, օդի բարձրացման ավելացումն է շարժիչից դեպի թևի վերին մակերևույթ լրացուցիչ օդի հոսքի միջոցով, որը տալիս է առավելագույն ազդեցություն մեխանիզացիայի ազատման ժամանակ, այսինքն՝ երբ թեւն ունի առավել «ուռուցիկ» պրոֆիլը, որը թույլ է տալիս հոսքին դուրս գալ գրեթե ուղղահայաց ներքև: Սա իրականացվել է խորհրդային Ան-72, Ան-74 և Ան-70 ինքնաթիռների վրա։ Այս բոլոր մեքենաներն ունեն կատարելագործված թռիչքի և վայրէջքի բնութագրերը՝ թույլ տալով օգտագործել կարճ թռիչք և վայրէջք գոտիներ։
Ամերիկյան տեխնոլոգիաներից կարելի է անվանել «Boeing C-7»-ը՝ օգտագործելով նույն սկզբունքը, ինչպես նաև մի շարք փորձարարական մեքենաներ։ Հետպատերազմյան շրջանում բազմաթիվ փորձեր են արվել ստեղծելու ինքնաթիռ՝ հիմնված Կոանդայի էֆեկտի սկզբունքների վրա։ Դրանք բոլորն ունեին թռչող ափսեի տեսք, և բոլորը, որոշ ժամանակ անց, փակվեցին տեխնիկական դժվարությունների պատճառով։ Հնարավոր է, որ այս աշխատանքներն այս պահին կատարվում են խիստ հսկողության տակ։
Երկնքից երկիր և ջրի տակ
Անիվների սեղմումը ուղու հետ մեծացնելու համար սկսեց օգտագործվել Կոանդայի էֆեկտըեւ Ֆորմուլա 1-ի մեքենաների դիզայներում։ Մեքենաները հագեցած են դիֆուզորներով և ֆեյրինգներով, որոնց դեմ սեղմվում է արտանետվող գազերի հոսքը՝ ապահովելով ցանկալի էֆեկտը։ Վերևի նկարը ցույց է տալիս արտանետվող գազերի շարժումը, որոնք կպչում են եզրագծերին, չնայած այն հանգամանքին, որ արտանետվող խողովակն ինքնին ուղղված է դեպի վեր:
Ցամաքային տրանսպորտից բացի, իրականացվել և իրականացվում են փորձնական աշխատանքներ՝ կապված սուզանավերի վրա այս երեւույթի կիրառման հետ։ Մասնավորապես, Սանկտ Պետերբուրգում ստեղծվել է բավականին էկզոտիկ ստորջրյա հեծանիվ, որն ինչ-ինչ պատճառներով անգլերեն անվանում են՝ Blue Space, թարգմանված որպես «կապույտ տարածություն»։ Այն, ինչ նա օգտագործում է տեղաշարժվելու համար, Կոանդայի էֆեկտն է: «Ստորջրյա հեծանիվի» դիմաց տեղադրվում են ֆեյրինգներ, որոնց մեջ տեղադրված են թիավարման գլանափաթեթներ՝ ջուրը ծծելով հատուկ անցքերով։ Այնուհետև ջուրը մղվում է մեքենայի մարմնի մակերևույթի վրա՝ դրա մակերևույթի վրա առաջացնելով մղում: Ջուրը հոսում է ամբողջ կորպուսի շուրջը, նորից ներծծվում դեպի խորշի անցքը և դուրս մղվում։
