Existem muitos fenômenos físicos e leis descobertas pelo homem por acaso. Desde a lendária maçã que caiu na cabeça de Isaac Newton, e Arquimedes tomando banho tranquilamente, até as últimas descobertas no campo da criação de novos materiais e da bioquímica. O efeito Coanda pertence à mesma série de descobertas. Curiosamente, mas sua aplicação prática na tecnologia ainda está no estágio inicial. Então, o que é o efeito Coanda?
Histórico de descobertas
O engenheiro romeno Henri Coanda, ao testar sua aeronave experimental, equipada com um motor a jato, mas com um corpo de madeira, para evitar a ignição do corpo por uma corrente de jato, instalou placas metálicas protetoras nas laterais do motores. No entanto, o efeito disso acabou por ser o oposto do que se esperava. Os jatos expirando, por razões desconhecidas, começaram a ser atraídos por essas placas de proteção e as estruturas de madeira da fuselagem localizadas na área de sua colocação poderiam inflamar. Os testes terminaram em acidente, mas o próprio inventor nãoSofreu. Tudo isso aconteceu no início do século 20.
Verificação experimental
O efeito Coanda é um fenômeno que você pode testar no conforto da sua cozinha. Se você abrir a água da torneira e levar um prato plano para o fluxo de água, poderá ver esse efeito com seus próprios olhos. A água mal se desviará visivelmente em direção à placa. Ao mesmo tempo, a taxa de fluxo de água pode não ser muito alta. Em princípio, esse fenômeno é observado em qualquer meio: água ou ar. O principal é a presença de um fluxo médio e a presença de uma superfície adjacente a esse fluxo em um lado.
A propósito, esse fenômeno tem outro nome - o efeito chaleira. É graças a esse efeito que, quando o bule é inclinado, a água dele não cai na xícara, mas escorre pelo bico, inundando a toalha da mesa e às vezes os joelhos dos outros. Como as leis da hidrodinâmica e da aerodinâmica como um todo, com poucas exceções, são praticamente idênticas, para não se repetir, futuramente o efeito Coanda será considerado para o ambiente aéreo.
Física do fenômeno
O efeito Coanda é baseado na diferença de pressão resultante no fluxo na presença de uma parede que restringe esse fluxo, impedindo o livre acesso de ar de um lado. Qualquer fluxo de ar consiste em camadas com diferentes velocidades. Ao mesmo tempo, foi provado experimentalmente que a força de atrito entre a camada de ar e a superfície sólida adjacente é menor do que entre as camadas de ar individuais. Assim, a velocidade da camada de ar que passa perto da superfície acaba por seracima da velocidade da camada de ar distante desta superfície.
Além disso, a uma distância suficientemente grande, a velocidade de uma das camadas de ar em relação à superfície será geralmente igual a zero. Acontece um campo não uniforme de velocidades ao longo da altura do fluxo. De acordo com as leis da dinâmica dos gases, surge aqui uma diferença de pressão transversal, que desvia o fluxo para a pressão mais baixa, ou seja, para onde a velocidade da camada de ar é maior - em direção à parede delimitadora. Ao escolher a forma do bocal e da superfície, experimentando distâncias e velocidade, é possível alterar a direção do fluxo em uma faixa bastante ampla.
Matemática
Por muito tempo, o fenômeno descrito não foi reconhecido, apesar de sua obviedade e da relativa facilidade de verificação experimental. Houve então a necessidade de cálculos teóricos da força e do vetor desta força, ou seja, para calcular o efeito Coanda. Tais cálculos foram feitos para diferentes tipos de jatos.
As fórmulas derivadas são bastante complicadas e representam uma combinação de cálculo diferencial com trigonometria. Mas esses cálculos complexos e de várias etapas só podem fornecer um resultado aproximado. Claro, tudo isso não é calculado em papel, mas usando algoritmos modernos embutidos em computadores. No entanto, os valores reais só podem ser obtidos experimentalmente. Muitos fatores contribuem para esse efeito e nem todos podem ser descritos usando fórmulas matemáticas.
De que depende esse fenômeno
Deixando de lado a análise elaborada das fórmulas, que exige habilidade extraordinária, a força do efeito Coanda depende da velocidade do fluxo, da razão do diâmetro do fluxo e da curvatura da parede. Experimentos mostraram que a localização e o diâmetro do bocal, a rugosidade da superfície da parede, a distância entre o fluxo e a parede que o limita, bem como a forma da própria parede, são de grande importância. Nota-se também que o efeito Coanda é mais pronunciado em escoamento turbulento.
O que mais o descobridor inventou
Após a descoberta do fenómeno, A. Coanda começou a desenvolvê-lo e a procurar aplicações práticas. O resultado de seus esforços foi uma patente para a invenção de um guarda-chuva voador. Se forem instalados bicos no centro do hemisfério semelhantes a um guarda-chuva, ejetando um fluxo de gases, então, de acordo com o efeito Coanda, esse fluxo será pressionado contra a superfície do hemisfério e fluirá para baixo, criando uma região de baixa pressão acima do guarda-chuva, empurrando-o para cima. O próprio inventor a chamou de asa de um avião, enrolada em um anel.
As tentativas de colocar esta invenção em prática não foram bem sucedidas. O motivo é a instabilidade do aparelho no ar. No entanto, avanços recentes no campo do controle inteligente de estruturas instáveis no ar, o chamado princípio Fly by Wire, dão esperança para o surgimento dessa aeronave exótica.
O que foi realizado
Embora não fosse possível levantar o guarda-chuva do inventor no ar, o efeito Coanda ema aviação é utilizada, mas, relativamente falando, em áreas secundárias. Dos exemplos mais destacados, pode-se citar um helicóptero sem rotor de cauda desenvolvido na década de 40, cujas funções para compensar a rotação do rotor principal eram desempenhadas por um ventilador instalado na parte traseira e bicos com guias especiais. O mesmo sistema tornou possível controlar o helicóptero em guinada e arfagem. Isso foi aplicado no MD 520N, MD 600N e MD Explorer.
Nos aviões, o efeito Coanda é, em primeiro lugar, um aumento de sustentação por fluxo de ar adicional do motor para a superfície superior da asa, que dá o efeito máximo quando a mecanização é liberada, ou seja, quando a asa tem o perfil mais “convexo”, permitindo que o fluxo saia quase verticalmente para baixo. Isso foi implementado em aeronaves soviéticas An-72, An-74 e An-70. Todas essas máquinas melhoraram as características de decolagem e pouso, permitindo o uso de pistas curtas de decolagem e pouso.
De tecnologia americana, podemos nomear o "Boeing C-7", usando o mesmo princípio, assim como uma série de máquinas experimentais. No período pós-guerra, muitas tentativas foram feitas para criar uma aeronave baseada nos princípios do efeito Coanda. Todas tinham a forma de um disco voador, e todas, após certo tempo, foram fechadas por dificuldades técnicas. É possível que esses trabalhos estejam sendo realizados de forma rigorosamente vigiada no momento.
Do céu à terra e debaixo d'água
Para aumentar a aderência das rodas com a pista, o efeito Coanda começou a ser usadoe nos projetos de carros de Fórmula 1. As máquinas são equipadas com difusores e carenagens, contra as quais o fluxo dos gases de exaustão é pressionado, proporcionando o efeito desejado. A imagem acima mostra o movimento dos gases de escape aderindo aos contornos, apesar do próprio tubo de escape estar apontando para cima.
Além do transporte terrestre, foram e estão sendo realizados trabalhos experimentais relacionados ao uso desse fenômeno em submarinos. Em particular, uma bicicleta subaquática bastante exótica foi criada em São Petersburgo, por algum motivo chamada em inglês - Blue Space, traduzida como "espaço azul". O que ele usa para se movimentar é o efeito Coanda. As carenagens são instaladas na frente da “bicicleta subaquática”, na qual são montados rolos de remo, sugando a água através de ranhuras especiais. A água é então empurrada para a superfície do corpo da máquina, criando impulso em sua superfície. A água flui ao redor de todo o casco, sendo sugada de volta para a abertura na popa e empurrada para fora.
