Il existe de nombreux phénomènes et lois physiques découverts par l'homme tout à fait par accident. De la pomme légendaire tombée sur la tête d'Isaac Newton, et Archimède prenant paisiblement un bain, aux dernières découvertes dans le domaine de la création de nouveaux matériaux et de la biochimie. L'effet Coanda appartient à la même série de découvertes. Curieusement, mais son application pratique dans la technologie en est encore à ses débuts. Alors, qu'est-ce que l'effet Coanda ?
Historique des découvertes
L'ingénieur roumain Henri Coanda, tout en testant son avion expérimental, équipé d'un moteur à réaction, mais ayant un corps en bois, afin d'empêcher l'inflammation du corps par un courant-jet, a installé des plaques métalliques de protection sur les côtés du moteurs. Cependant, l'effet de ceci s'est avéré être le contraire de ce qui était attendu. Les jets expirants, pour des raisons inconnues, ont commencé à être attirés par ces plaques de protection et les structures en bois de la cellule situées dans la zone de leur placement pourraient s'enflammer. Les essais se sont soldés par un accident, mais l'inventeur lui-même n'a pasSouffert. Tout cela s'est passé au tout début du 20ème siècle.
Vérification expérimentale
L'effet Coanda est un phénomène que vous pouvez tester dans le confort de votre cuisine. Si vous ouvrez l'eau du robinet et apportez une assiette plate au jet d'eau, vous pouvez voir cet effet de vos propres yeux. L'eau déviera à peine vers l'assiette. Dans le même temps, le débit d'eau peut ne pas être très élevé. En principe, ce phénomène s'observe dans n'importe quel milieu: eau ou air. L'essentiel est la présence d'un flux moyen et la présence d'une surface adjacente à ce flux d'un côté.
Au fait, ce phénomène porte un autre nom: l'effet bouilloire. C'est grâce à cet effet que lorsque la théière est inclinée, l'eau de celle-ci ne tombe pas dans la tasse, mais coule le long du bec, inondant la nappe, et parfois les genoux des autres. Étant donné que les lois de l'hydrodynamique et de l'aérodynamique dans leur ensemble, à quelques exceptions près, sont pratiquement identiques, afin de ne pas se répéter, à l'avenir, l'effet Coanda sera pris en compte pour le milieu aérien.
Physique du phénomène
L'effet Coanda est basé sur la différence de pression résultante dans le flux en présence d'une paroi limitant ce flux, empêchant le libre accès de l'air d'un côté. Tout flux d'air se compose de couches avec des vitesses différentes. Dans le même temps, il a été prouvé expérimentalement que la force de frottement entre la couche d'air et la surface solide adjacente est inférieure à celle entre les couches d'air individuelles. Ainsi, la vitesse de la couche d'air passant près de la surface s'avère êtreau-dessus de la vitesse de la couche d'air éloignée de cette surface.
De plus, à une distance suffisamment grande, la vitesse d'une des couches d'air par rapport à la surface sera généralement égale à zéro. Il s'avère un champ de vitesses non uniforme le long de la hauteur d'écoulement. Conformément aux lois de la dynamique des gaz, une différence de pression transversale apparaît ici, qui dévie le flux vers une pression plus basse, c'est-à-dire vers l'endroit où la vitesse de la couche d'air est plus élevée - vers le mur de délimitation. En choisissant la forme de la buse et de la surface, en expérimentant les distances et la vitesse, il est possible de modifier la direction du flux dans une plage assez large.
Mathématiques
Pendant très longtemps, le phénomène décrit n'a pas du tout été reconnu, malgré son évidence et la relative facilité de vérification expérimentale. Ensuite, il fallait des calculs théoriques de la force et du vecteur de cette force, c'est-à-dire calculer l'effet Coanda. Ces calculs ont été effectués pour différents types de jets.
Les formules dérivées sont assez lourdes et représentent une combinaison de calcul différentiel et de trigonométrie. Mais ces calculs complexes et en plusieurs étapes ne peuvent donner qu'un résultat approximatif. Bien sûr, tout cela n'est pas calculé sur papier, mais à l'aide d'algorithmes modernes intégrés dans les ordinateurs. Cependant, les valeurs réelles ne peuvent être obtenues qu'expérimentalement. Trop de facteurs contribuent à cet effet, et tous ne peuvent pas être décrits à l'aide de formules mathématiques.
De quoi dépend ce phénomène
Laissant de côté l'analyse élaborée des formules, qui nécessite une habileté extraordinaire, la force de l'effet Coanda dépend de la vitesse d'écoulement, du rapport entre le diamètre de l'écoulement et la courbure de la paroi. Des expériences ont montré que l'emplacement et le diamètre de la buse, la rugosité de la surface de la paroi, la distance entre l'écoulement et la paroi le limitant, ainsi que la forme de la paroi elle-même, sont d'une grande importance. On note également que l'effet Coanda est plus prononcé en écoulement turbulent.
Qu'est-ce que le découvreur a trouvé d'autre
Après la découverte du phénomène, A. Coanda a commencé à le développer et à rechercher des applications pratiques. Le résultat de ses efforts fut un brevet pour l'invention d'un parapluie volant. Si des buses sont installées au centre de l'hémisphère semblable à un parapluie, éjectant un flux de gaz, alors, conformément à l'effet Coanda, ce flux sera pressé contre la surface de l'hémisphère et s'écoulera vers le bas, créant une région de faible pression au-dessus du parapluie, le poussant vers le haut. L'inventeur lui-même l'appelait l'aile d'un avion, roulée en anneau.
Les tentatives pour mettre cette invention en pratique n'ont pas été couronnées de succès. La raison en est l'instabilité de l'appareil dans l'air. Cependant, les avancées récentes dans le domaine du contrôle intelligent des structures instables dans l'air, le principe dit Fly by Wire, laissent espérer l'émergence de cet avion exotique.
Ce qui a été accompli
Bien qu'il n'ait pas été possible de lever le parapluie de l'inventeur dans les airs, l'effet Coanda dansl'aviation est utilisée, mais, relativement parlant, dans des domaines secondaires. Parmi les exemples les plus remarquables, on peut citer un hélicoptère sans rotor de queue développé dans les années 40, dont les fonctions de compensation de la rotation du rotor principal étaient assurées par un ventilateur installé à l'arrière et des tuyères avec des guides spéciaux. Le même système permettait de contrôler l'hélicoptère en lacet et en tangage. Cela a été appliqué sur les MD 520N, MD 600N et MD Explorer.
Sur les avions, l'effet Coanda est, tout d'abord, une augmentation de la portance par un flux d'air supplémentaire du moteur vers l'extrados de l'aile, qui donne le maximum d'effet lorsque la mécanisation est relâchée, c'est-à-dire lorsque l'aile a le profil le plus "convexe", permettant au flux de partir presque verticalement vers le bas. Cela a été mis en œuvre sur les avions soviétiques An-72, An-74 et An-70. Toutes ces machines ont des caractéristiques de décollage et d'atterrissage améliorées, permettant l'utilisation de voies de décollage et d'atterrissage courtes.
De la technologie américaine, on peut nommer le "Boeing C-7", utilisant le même principe, ainsi qu'un certain nombre de machines expérimentales. Dans l'après-guerre, de nombreuses tentatives ont été faites pour créer un avion basé sur les principes de l'effet Coanda. Tous avaient la forme d'une soucoupe volante, et tous, après un certain temps, ont été fermés en raison de difficultés techniques. Il est possible que ces travaux soient actuellement réalisés sous une forme strictement gardée.
Du ciel à la terre et sous l'eau
Pour augmenter l'adhérence des roues avec la piste, l'effet Coanda a commencé à être utiliséet dans la conception des voitures de Formule 1. Les machines sont équipées de diffuseurs et de carénages, contre lesquels le flux de gaz d'échappement est pressé, fournissant l'effet souhaité. L'image ci-dessus montre le mouvement des gaz d'échappement collés aux contours, malgré le fait que le tuyau d'échappement lui-même pointe vers le haut.
En plus du transport terrestre, des travaux expérimentaux ont été et sont menés concernant l'utilisation de ce phénomène sur les sous-marins. En particulier, un vélo sous-marin plutôt exotique a été créé à Saint-Pétersbourg, pour une raison quelconque appelé en anglais - Blue Space, traduit par "espace bleu". Ce qu'il utilise pour se déplacer, c'est l'effet Coanda. Des carénages sont installés devant le «vélo sous-marin», dans lequel des rouleaux d'aviron sont montés, aspirant l'eau à travers des fentes spéciales. L'eau est ensuite poussée sur la surface du corps de la machine, créant une poussée sur sa surface. L'eau coule autour de toute la coque, étant aspirée dans la fente de la poupe et expulsée.
