มีปรากฏการณ์ทางกายภาพและกฎมากมายที่มนุษย์ค้นพบโดยบังเอิญ เริ่มจากแอปเปิลในตำนานที่ตกลงบนศีรษะของไอแซก นิวตัน และอาร์คิมิดีสอาบน้ำอย่างสงบ จนถึงการค้นพบล่าสุดในด้านการสร้างวัสดุและชีวเคมีใหม่ เอฟเฟกต์ Coanda เป็นของการค้นพบชุดเดียวกัน ผิดปกติพอสมควร แต่การใช้งานจริงในเทคโนโลยียังอยู่ในช่วงเริ่มต้น แล้ว Coanda effect คืออะไร
ประวัติการค้นพบ
วิศวกรชาวโรมาเนีย Henri Coanda ขณะทดสอบเครื่องบินทดลองของเขาซึ่งติดตั้งเครื่องยนต์ไอพ่น แต่มีลำตัวเป็นไม้ เพื่อป้องกันการจุดระเบิดของร่างกายจากกระแสไอพ่น ได้ติดตั้งแผ่นโลหะป้องกันที่ด้านข้างของเครื่องบิน เครื่องยนต์ อย่างไรก็ตาม ผลของสิ่งนี้กลับกลายเป็นตรงกันข้ามกับที่คาดไว้ เครื่องบินไอพ่นที่หมดอายุโดยไม่ทราบสาเหตุเริ่มถูกดึงดูดไปยังแผ่นป้องกันเหล่านี้และโครงสร้างไม้ของโครงเครื่องบินที่ตั้งอยู่ในพื้นที่ของตำแหน่งสามารถจุดไฟได้ การทดสอบสิ้นสุดลงด้วยอุบัติเหตุ แต่นักประดิษฐ์เองไม่ได้ทนทุกข์ทรมาน ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นเมื่อต้นศตวรรษที่ 20
การยืนยันการทดลอง
เอฟเฟกต์ Coanda เป็นปรากฏการณ์ที่คุณสามารถทดสอบได้จากความสะดวกสบายในครัวของคุณ หากคุณเปิดน้ำในก๊อกและนำจานแบนมาสู่กระแสน้ำ คุณจะเห็นผลกระทบนี้ด้วยตาของคุณเอง น้ำแทบจะไม่เบี่ยงเบนไปทางจาน ในขณะเดียวกันอัตราการไหลของน้ำอาจไม่สูงมาก โดยหลักการแล้ว ปรากฏการณ์นี้พบได้ในสื่อใดๆ: น้ำหรืออากาศ สิ่งสำคัญคือการมีอยู่ของกระแสปานกลางและการปรากฏตัวของพื้นผิวที่อยู่ติดกับกระแสนี้ในด้านหนึ่ง
อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์นี้มีชื่ออื่น - เอฟเฟกต์กาต้มน้ำ ต้องขอบคุณเอฟเฟกต์นี้ที่ทำให้เมื่อกาน้ำชาเอียง น้ำจากกาน้ำชาจะไม่ตกลงไปในถ้วย แต่จะไหลลงมาทางรางน้ำ ทำให้ผ้าปูโต๊ะท่วม และบางครั้งอาจถึงเข่าของผู้อื่น เนื่องจากกฎของอุทกพลศาสตร์และแอโรไดนามิกโดยรวม มีข้อยกเว้นบางประการเหมือนกัน เพื่อไม่ให้เกิดซ้ำ ในอนาคตผลกระทบของ Coanda จะได้รับการพิจารณาสำหรับสภาพแวดล้อมทางอากาศ
ฟิสิกส์ของปรากฏการณ์
ผล Coanda ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของแรงดันที่เกิดขึ้นในการไหลเมื่อมีกำแพงที่จำกัดการไหลนี้ ป้องกันไม่ให้อากาศเข้าจากด้านใดด้านหนึ่ง การไหลของอากาศใด ๆ ประกอบด้วยชั้นที่มีความเร็วต่างกัน ในขณะเดียวกัน ก็ได้รับการพิสูจน์จากการทดลองแล้วว่าแรงเสียดทานระหว่างชั้นอากาศกับพื้นผิวแข็งที่อยู่ติดกันนั้นน้อยกว่าระหว่างชั้นอากาศแต่ละชั้น ดังนั้นความเร็วของชั้นอากาศที่เคลื่อนเข้าใกล้พื้นผิวจึงกลายเป็นเหนือความเร็วของชั้นอากาศที่อยู่ห่างไกลจากพื้นผิวนี้
นอกจากนี้ ในระยะทางที่ไกลพอสมควร ความเร็วของชั้นหนึ่งของอากาศที่สัมพันธ์กับพื้นผิวโดยทั่วไปจะเท่ากับศูนย์ ปรากฎว่าสนามความเร็วไม่สม่ำเสมอตามความสูงของกระแส ตามกฎของพลศาสตร์ของแก๊ส ความแตกต่างของแรงดันตามขวางเกิดขึ้นที่นี่ ซึ่งจะเบี่ยงเบนกระแสไปสู่แรงดันที่ต่ำกว่า นั่นคือที่ที่ความเร็วของชั้นอากาศสูงขึ้น - ไปทางผนังขอบเขต โดยการเลือกรูปร่างของหัวฉีดและพื้นผิว ทดลองกับระยะทางและความเร็ว ทำให้สามารถเปลี่ยนทิศทางการไหลในช่วงที่ค่อนข้างกว้างได้
คณิตศาสตร์
เป็นเวลานานมากที่ปรากฏการณ์ที่อธิบายไว้ไม่เป็นที่รู้จักเลย แม้ว่าจะมีความชัดเจนและความสะดวกในการตรวจสอบการทดลองก็ตาม จากนั้นจึงมีความจำเป็นสำหรับการคำนวณทางทฤษฎีของแรงและเวกเตอร์ของแรงนี้ กล่าวคือ เพื่อคำนวณผลโคอันดา การคำนวณดังกล่าวทำขึ้นสำหรับเครื่องบินไอพ่นประเภทต่างๆ
สูตรที่ได้มานั้นค่อนข้างยุ่งยากและเป็นตัวแทนของแคลคูลัสเชิงอนุพันธ์กับตรีโกณมิติ แต่การคำนวณที่ซับซ้อนและหลายขั้นตอนเหล่านี้สามารถให้ผลลัพธ์โดยประมาณเท่านั้น แน่นอน ทั้งหมดนี้ไม่ได้คำนวณบนกระดาษ แต่ใช้อัลกอริธึมสมัยใหม่ที่ฝังอยู่ในคอมพิวเตอร์ อย่างไรก็ตาม ค่าจริงสามารถหาได้จากการทดลองเท่านั้น มีปัจจัยมากเกินไปที่ทำให้เกิดผลกระทบนี้ และไม่มีปัจจัยทั้งหมดที่สามารถอธิบายได้โดยใช้สูตรทางคณิตศาสตร์
ปรากฏการณ์นี้ขึ้นอยู่กับอะไร
นอกจากการวิเคราะห์ที่ซับซ้อนของสูตร ซึ่งต้องใช้ทักษะพิเศษ ความแข็งแกร่งของเอฟเฟกต์ Coanda ขึ้นอยู่กับความเร็วการไหล อัตราส่วนของเส้นผ่านศูนย์กลางการไหล และความโค้งของผนัง การทดลองแสดงให้เห็นว่าตำแหน่งและเส้นผ่านศูนย์กลางของหัวฉีด ความขรุขระของพื้นผิวผนัง ระยะห่างระหว่างการไหลกับผนังที่จำกัด รวมทั้งรูปร่างของผนังเองนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง นอกจากนี้ยังตั้งข้อสังเกตอีกว่าเอฟเฟกต์ Coanda นั้นเด่นชัดกว่าในกระแสที่ปั่นป่วน
ผู้ค้นพบคิดอะไรอีก
หลังจากค้นพบปรากฏการณ์นี้ A. Coanda เริ่มพัฒนาและค้นหาการใช้งานจริง ผลจากความพยายามของเขาคือสิทธิบัตรการประดิษฐ์ร่มบินได้ หากหัวฉีดถูกติดตั้งไว้ที่กึ่งกลางของซีกโลกคล้ายกับร่มซึ่งปล่อยกระแสของก๊าซ ดังนั้นตามผลกระทบของ Coanda กระแสนี้จะถูกกดลงบนพื้นผิวของซีกโลกและไหลลงมาทำให้เกิดพื้นที่ต่ำ ดันขึ้นเหนือร่มดันขึ้น นักประดิษฐ์เรียกมันว่าปีกของเครื่องบินที่ม้วนเป็นวงแหวน
ความพยายามที่จะนำสิ่งประดิษฐ์นี้ไปปฏิบัติไม่ประสบผลสำเร็จ สาเหตุคือความไม่เสถียรของอุปกรณ์ในอากาศ อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าล่าสุดในด้านการควบคุมอัจฉริยะของโครงสร้างที่ไม่เสถียรในอากาศซึ่งเรียกว่าหลักการ Fly by Wire ทำให้เกิดความหวังสำหรับการเกิดขึ้นของเครื่องบินแปลกใหม่นี้
สำเร็จ
ถึงแม้จะยกร่มของนักประดิษฐ์ขึ้นไปในอากาศไม่ได้ แต่ผลของ Coanda ก็เข้ามามีการใช้การบิน แต่ค่อนข้างพูดในพื้นที่ทุติยภูมิ จากตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุด เราสามารถอ้างถึงเฮลิคอปเตอร์ที่ไม่มีโรเตอร์หางที่พัฒนาขึ้นในยุค 40 ซึ่งทำหน้าที่ชดเชยการหมุนของโรเตอร์หลักโดยพัดลมที่ติดตั้งที่ด้านหลังและหัวฉีดพร้อมไกด์พิเศษ ระบบเดียวกันนี้ทำให้สามารถควบคุมเฮลิคอปเตอร์ในการหันเหและระดับเสียงได้ สิ่งนี้ถูกนำไปใช้กับ MD 520N, MD 600N และ MD Explorer
บนเครื่องบิน เอฟเฟกต์ Coanda คือ อย่างแรกเลยคือ แรงยกที่เพิ่มขึ้นโดยกระแสลมเพิ่มเติมจากเครื่องยนต์ไปยังพื้นผิวด้านบนของปีก ซึ่งให้ผลสูงสุดเมื่อปล่อยกลไก นั่นคือเมื่อ ปีกมีโปรไฟล์ที่ "นูน" มากที่สุดทำให้การไหลไหลลงมาเกือบจะในแนวตั้ง สิ่งนี้ได้ถูกนำมาใช้กับเครื่องบินโซเวียต An-72, An-74 และ An-70 เครื่องจักรเหล่านี้ทั้งหมดได้ปรับปรุงลักษณะการขึ้นและลงจอด ทำให้สามารถใช้ช่องทางขึ้นและลงสั้นได้
จากเทคโนโลยีของอเมริกา เราสามารถตั้งชื่อว่า "Boeing C-7" โดยใช้หลักการเดียวกัน เช่นเดียวกับเครื่องจักรทดลองจำนวนหนึ่ง ในช่วงหลังสงคราม มีความพยายามหลายครั้งในการสร้างเครื่องบินตามหลักการของผลกระทบของโคอันดา พวกเขาทั้งหมดมีรูปร่างเหมือนจานบินและหลังจากนั้นไม่นานพวกเขาก็ปิดตัวลงเนื่องจากปัญหาทางเทคนิค เป็นไปได้ว่างานเหล่านี้กำลังถูกดำเนินการในรูปแบบที่มีการป้องกันอย่างเข้มงวดในขณะนี้
จากสวรรค์สู่ดินและใต้น้ำ
เพิ่มการยึดเกาะของล้อด้วยแทร็ก เอฟเฟกต์ Coanda เริ่มใช้และในการออกแบบรถฟอร์มูล่าวัน เครื่องจักรมีการติดตั้งดิฟฟิวเซอร์และแฟริ่ง ซึ่งจะช่วยกดการไหลของก๊าซไอเสีย ให้ผลลัพธ์ตามที่ต้องการ ภาพด้านบนแสดงการเคลื่อนที่ของก๊าซไอเสียที่เกาะติดกับรูปทรง แม้ว่าท่อร่วมไอเสียจะชี้ขึ้นก็ตาม
นอกจากการขนส่งทางบกแล้ว ยังมีงานทดลองและกำลังดำเนินการที่เกี่ยวข้องกับการใช้ปรากฏการณ์นี้บนเรือดำน้ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งจักรยานใต้น้ำที่ค่อนข้างแปลกใหม่ถูกสร้างขึ้นในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กด้วยเหตุผลบางอย่างที่เรียกว่าภาษาอังกฤษ - Blue Space แปลว่า "พื้นที่สีฟ้า" สิ่งที่เขาใช้เคลื่อนที่ไปมาคือเอฟเฟกต์โคอันดา แฟริ่งถูกติดตั้งที่ด้านหน้าของ "จักรยานใต้น้ำ" ซึ่งติดตั้งลูกกลิ้งพาย ดูดน้ำผ่านช่องพิเศษ จากนั้นน้ำจะถูกผลักลงบนพื้นผิวของตัวเครื่อง ทำให้เกิดแรงขับบนพื้นผิว น้ำไหลไปทั่วตัวถัง ถูกดูดกลับเข้าไปในช่องที่ท้ายเรือแล้วดันออก
