اكتشف الإنسان العديد من الظواهر والقوانين الفيزيائية عن طريق الصدفة. بدءًا من التفاحة الأسطورية التي سقطت على رأس إسحاق نيوتن وأرخميدس في الاستحمام بهدوء ، إلى أحدث الاكتشافات في مجال صناعة مواد جديدة وكيمياء حيوية. ينتمي تأثير كواندا إلى نفس سلسلة الاكتشافات. من الغريب أن تطبيقه العملي في التكنولوجيا لا يزال في مرحلته الأولية. إذن ، ما هو تأثير كواندا؟
تاريخ الاكتشاف
المهندس الروماني هنري كواندا ، أثناء اختبار طائرته التجريبية ، المجهزة بمحرك نفاث ، لكن بجسم خشبي ، لمنع اشتعال الجسم من تيار نفاث ، تم تركيب ألواح معدنية واقية على جانبي المحركات. ومع ذلك ، تبين أن تأثير ذلك عكس ما كان متوقعًا. بدأت الطائرات منتهية الصلاحية ، لأسباب غير معروفة ، في الانجذاب إلى هذه الألواح الواقية ويمكن أن تشتعل الهياكل الخشبية لهيكل الطائرة الموجودة في منطقة وضعها. انتهت الاختبارات بحادث ، لكن المخترع نفسه لم يفعلعانى. حدث كل هذا في بداية القرن العشرين.
التحقق التجريبي
تأثير كواندا هو ظاهرة يمكنك اختبارها وأنت مرتاح في مطبخك. إذا فتحت الماء في الصنبور وجلبت طبقًا مسطحًا إلى تيار الماء ، يمكنك رؤية هذا التأثير بأم عينيك. بالكاد ينحرف الماء نحو الصفيحة. في الوقت نفسه ، قد لا يكون معدل تدفق الماء مرتفعًا جدًا. من حيث المبدأ ، يتم ملاحظة هذه الظاهرة في أي وسط: الماء أو الهواء. الشيء الرئيسي هو وجود تدفق متوسط ووجود سطح مجاور لهذا التدفق على جانب واحد.
بالمناسبة ، هذه الظاهرة لها اسم آخر - تأثير الغلاية. بفضل هذا التأثير ، عندما يكون إبريق الشاي مائلاً ، لا تسقط المياه منه في الكوب ، بل تتدفق عبر الفوهة ، وتغمر مفرش المائدة ، وأحيانًا ركب الآخرين. نظرًا لأن قوانين الديناميكا المائية والديناميكا الهوائية ككل ، مع استثناءات قليلة ، متطابقة عمليًا ، حتى لا تتكرر ، في المستقبل سيتم النظر في تأثير كواندا لبيئة الهواء.
فيزياء الظاهرة
يعتمد تأثير Coanda على فرق الضغط الناتج في التدفق في وجود جدار يقيد هذا التدفق ، مما يمنع الوصول الحر للهواء من جانب واحد. يتكون أي تدفق للهواء من طبقات ذات سرعات مختلفة. في الوقت نفسه ، تم إثبات تجريبياً أن قوة الاحتكاك بين طبقة الهواء والسطح الصلب المجاور أقل من قوة الاحتكاك بين طبقات الهواء الفردية. وبالتالي ، فإن سرعة مرور طبقة الهواء بالقرب من السطح تكون كذلكفوق سرعة طبقة الهواء البعيدة عن هذا السطح
علاوة على ذلك ، على مسافة كبيرة بما فيه الكفاية ، فإن سرعة إحدى طبقات الهواء بالنسبة للسطح ستكون عمومًا مساوية للصفر. اتضح أن مجال السرعات غير منتظم على طول ارتفاع التدفق. وفقًا لقوانين ديناميات الغاز ، ينشأ هنا فرق ضغط عرضي ، والذي ينحرف التدفق نحو الضغط المنخفض ، أي إلى حيث تكون سرعة طبقة الهواء أعلى - باتجاه الجدار المحيط. من خلال اختيار شكل الفوهة والسطح ، وتجربة المسافات والسرعة ، من الممكن تغيير اتجاه التدفق في نطاق واسع إلى حد ما.
الرياضيات
لفترة طويلة جدًا ، لم يتم التعرف على الظاهرة الموصوفة على الإطلاق ، على الرغم من وضوحها والسهولة النسبية للتحقق التجريبي. ثم كانت هناك حاجة إلى الحسابات النظرية للقوة ومتجه هذه القوة ، أي لحساب تأثير كواندا. تم إجراء مثل هذه الحسابات لأنواع مختلفة من الطائرات.
الصيغ المشتقة مرهقة للغاية وتمثل مزيجًا من حساب التفاضل وعلم المثلثات. لكن هذه الحسابات المعقدة والمتعددة الخطوات يمكن أن تعطي نتيجة تقريبية فقط. بالطبع كل هذا لا يحسب على الورق بل باستخدام خوارزميات حديثة مدمجة في أجهزة الكمبيوتر. ومع ذلك ، لا يمكن الحصول على القيم الحقيقية إلا بالتجربة. تساهم عوامل كثيرة جدًا في هذا التأثير ، ولا يمكن وصفها جميعًا باستخدام الصيغ الرياضية.
ما الذي تعتمد عليه هذه الظاهرة
بغض النظر عن التحليل التفصيلي للصيغ ، والذي يتطلب مهارة غير عادية ، تعتمد قوة تأثير Coanda على سرعة التدفق ونسبة قطر التدفق وانحناء الجدار. أظهرت التجارب أن موقع وقطر الفوهة ، وخشونة سطح الجدار ، والمسافة بين التدفق والجدار الذي يحده ، وكذلك شكل الجدار نفسه ، لها أهمية كبيرة. ويلاحظ أيضًا أن تأثير كواندا يكون أكثر وضوحًا في التدفق المضطرب.
ما الذي توصل إليه المكتشف أيضًا
بعد اكتشاف الظاهرة ، بدأ A. Coanda في تطويرها والبحث عن تطبيقات عملية. كانت نتيجة جهوده الحصول على براءة اختراع لاختراع المظلة الطائرة. إذا تم تثبيت فوهات في وسط نصف الكرة الأرضية على غرار المظلة ، مما يؤدي إلى إخراج تيار من الغازات ، عندئذٍ ، وفقًا لتأثير Coanda ، سيتم الضغط على هذا التيار على سطح نصف الكرة ويتدفق إلى أسفل ، مما يؤدي إلى إنشاء منطقة منخفضة الضغط فوق المظلة ودفعها لأعلى. أطلق عليه المخترع نفسه اسم جناح الطائرة ، ملفوفًا في حلقة
محاولات وضع هذا الاختراع موضع التنفيذ لم تنجح. والسبب هو عدم استقرار الجهاز في الهواء. ومع ذلك ، فإن التطورات الحديثة في مجال التحكم الذكي في الهياكل غير المستقرة في الهواء ، ما يسمى بمبدأ Fly by Wire ، تعطي الأمل في ظهور هذه الطائرة الغريبة.
ما تم انجازه
على الرغم من أنه لم يكن من الممكن رفع مظلة المخترع في الهواء ، إلا أن تأثير Coanda فييتم استخدام الطيران ، ولكن ، نسبيًا ، في المجالات الثانوية. من أبرز الأمثلة ، يمكن للمرء أن يستشهد بطائرة هليكوبتر بدون دوار خلفي تم تطويره في الأربعينيات ، والتي تم تنفيذ وظائفها للتعويض عن دوران الدوار الرئيسي بواسطة مروحة مثبتة في الخلف وفوهات مع أدلة خاصة. جعل نفس النظام من الممكن السيطرة على المروحية في الانعراج والميل. تم تطبيق هذا على MD 520N و MD 600N و MD Explorer.
على الطائرات ، يكون تأثير كواندا ، أولاً وقبل كل شيء ، زيادة في الرفع عن طريق تدفق هواء إضافي من المحرك إلى السطح العلوي للجناح ، مما يعطي أقصى تأثير عند تحرير الميكنة ، أي عندما يمتلك الجناح المظهر الجانبي الأكثر "محدبًا" ، مما يسمح للتيار بالترك عموديًا لأسفل تقريبًا. تم تنفيذ ذلك على الطائرات السوفيتية An-72 و An-74 و An-70. كل هذه الآلات حسنت خصائص الإقلاع والهبوط ، مما يسمح باستخدام ممرات قصيرة للإقلاع والهبوط.
من التكنولوجيا الأمريكية ، يمكننا تسمية "Boeing C-7" ، باستخدام نفس المبدأ ، بالإضافة إلى عدد من الآلات التجريبية. في فترة ما بعد الحرب ، تم إجراء العديد من المحاولات لإنشاء طائرة بناءً على مبادئ تأثير كواندا. كل منهم كان على شكل صحن طائر ، وجميعهم ، بعد فترة معينة ، تم إغلاقهم بسبب الصعوبات الفنية. من الممكن أن يتم تنفيذ هذه الأعمال في شكل يخضع لحراسة مشددة في الوقت الحاضر.
من السماء الى الارض وتحت الماء
لزيادة تماسك العجلات مع المسار ، بدأ استخدام تأثير Coandaوفي تصاميم سيارات الفورمولا 1. تم تجهيز الماكينات بأجهزة نشر وإنسيابية ، يتم من خلالها الضغط على تدفق غازات العادم ، مما يوفر التأثير المطلوب. توضح الصورة أعلاه حركة غازات العادم الملتصقة بالملامح ، على الرغم من حقيقة أن أنبوب العادم نفسه يتجه لأعلى.
بالإضافة إلى النقل البري ، تم وما زال العمل التجريبي يتعلق باستخدام هذه الظاهرة على الغواصات. على وجه الخصوص ، تم إنشاء دراجة غريبة نوعًا ما تحت الماء في سانت بطرسبرغ ، لسبب ما تسمى باللغة الإنجليزية - Blue Space ، وترجمت على أنها "مساحة زرقاء". ما يستخدمه للتنقل هو تأثير كواندا. يتم تثبيت Fairings أمام "الدراجة تحت الماء" ، حيث يتم تثبيت بكرات التجديف ، وامتصاص الماء من خلال فتحات خاصة. يتم دفع الماء بعد ذلك على سطح جسم الآلة ، مما يؤدي إلى قوة دفع على سطحه. يتدفق الماء حول الهيكل بأكمله ، ويتم امتصاصه مرة أخرى في الفتحة الموجودة في المؤخرة ، ثم يتم دفعه للخارج.
