Смирнов Г.В. - Рожденные вихрем (1107599), страница 36
Текст из файла (страница 36)
В результате ламинарное течение в нем сохраняется при гораздо более высоких скоростях, а потому при прочих равных условиях сопротивление жидкости с добавкой полимера получается гораздо меньше, чем у чистой воды. В одном из опытов пять десятитысячных процента полимера снизили сопротивление на 65Ъ! Большие металлические шары падают в таком растворе быстрее, чем в чистой воде. На перекачку его требуется гораздо меньшая мощность, чем на перекачку воды, и т. д.
Многочисленные опыты в середине 1960-х годов, проводившиеся как у нас в стране, так и за рубежом, показали, что применение полимеров — один из самых реальных методов снижения сопротивления трения на 25 — 50 э!,! В отличие от кораблестроения и авиации в наземном транспорте на аэродинамику долгое время не обращали особого внимания.
И это понятно: при скоростях 20— 30 км1ч на преодоление аэродинамического сопротивле- !2, Г. В. Смврвов 177 ния затрачивалось не более 15 — 24»!ь мошности мотора. Однако уже при скорости 80 км/ч-эта величина достигает 50%, а при 110 км/ч — 707з. Вот почему по мере увеличения скоростей автомобиля растет и интерес проектировшиков к поиску наиболее рациональных форм кузова. Исследование в аэродинамических трубах показало, что коэффициент сопротивления типичного автомобильного кузова был снижен с 0,95— 1,0 до 0,45 — 0,5: Систематические же продувки убедили в том, что в принципе эту величину можно довести до 0,12, если придать кузову идеально обтекаемые формы.
Одним из неожиданных результатов аэродинамических исследований автомобилей было то, что у них кроме сопротивления удалось обнаружить весьма ошутимую подъемную силу! Наибольшей она оказалась у форм, близких к «фольксвагену» — у него коэффициент подъемной силы достигает 0,5, больше, чем коэффициент сопротивления! Вот почему на гоночных автомобилях для сохранения хорошего сцепления с дорожным покрытием приходится устанавливать сверху небольшие крылья с отрицательным углом атаки, которые прижимают машину к грунту.
Забытый эффект аэродинамики Ясным декабрьским днем 1910 года в Иси ле Мулино под Парижем собралась небольшая группа зрителей, желающих увидеть первый полет необычного аэроплана, привезенного на авиационный салон молодым румыном А. Коанда. Даже неспециалисту бросалэсь в глаза необычная конструкция этого аппарата. Полотно, почти обязательный материал для обшивки плоскостей, Коанда заменил тонкой фанерой. Из нее же сделан и желобообразный фюзеляж, и крылья, и хвостовое оперение. Это позволило конструктору отказаться от межкрыловых стоек, расчалок н натяжных приспособлений, характерных для самолетов тех лет. Но больше всего зрителей изумляло отсутствие пропеллера.
Вместо него в носовой части громоздилось необычное сооружение, напоминавшее своей формой усеченный конус, который сам Коанда называл «турбиной» и который мы могли бы смело назвать воздушно-реактивным двигателем... Воздух засасывался центробежным компрессором, сжимался и попадал в камеры сгорания, где в него 118 впрыскивалось топливо. Отсюда сжатый газ через два сопла по бокам фюзеляжа вырывался наружу, создавая реактивную тягу. В этом двигателе не было только газовой турбины: вместо нее бензиновый мотор мощностью 50 л.
с. приводил в действие компрессор. При испытаниях на стенде этот мотокомпрессорный двигатель развил тягу 220 кг, и Коанда считал, что этого будет вполне достаточно для взлета аппарата весом 420 кг. Заняв место пилота в желобе фюзеляжа, Коанда запустил мотор. Из сопел по бокам вырвались языки пламени, и самолет начал разбег. Он долго бежит по полю и лишь в нескольких десятках метров от городской стены тяжело отрывается от поверхности, переваливает через стену и хрястко втыкается в землю. Через несколько минут отделавшнйся ушибами изобретатель принимает первые поздравления.
«Молодой человек! Вы опередили эпоху на 30, а то и на все 50 летЬ— сказал ему тогда А. Эйфель. Но мысли Коанда во время всех этих поздравлений были заняты другим: странным поведением языков пламени, вырывавшихся из реактивных сопел во время разбега самолета... Еще во время предварительных испытаний Коанда заметил, что пламя из реактивных сопел может поджечь фанерный фюзеляж. Поэтому он установил металлические шатки, которые отражали бы языки пламени.
Но когда самолет начал свой разбег, Коанда с изумлением увидел: щитки, вьгесто того чтобы отражать пламя, наоборот, присасывают его к фюзеляжу... Как только представилась вазможность, изобретатель встретился. с фон Карманом, который быстро оценил важность сделанного молодым румыном открытия н даже дал ему название «эффект Коаида». Но почему-то вновь открытый эффект'не привлек к себе внимания аэродинамиков, и в течение 25 лет Коаида — довольно известный авиаконструктор — в свободное от работы время в одиночку ставил эксперименты и искал своему открытию возможные области применения. С эффектом Коанда мы сталкиваемся каждый день.
Как часто досадуем мы на то,'что струйка наливаемого в блюдце чая вдруг прилипает к верхней поверхности чашки и льется мимо блюдца на стол! Такое прилипаиие струи к твердой поверхности и есть проявление эффекта Коанда. Искусно подбирая форму обтекаемой жидкостью или газом поверхности, можно изменять на- правление струи и даже поворачивать ее в обратную сторону. Коанда экспериментально установил, что изгибаемая воздушная струя засасывает воздух из окружающей среды, и его количество может в двадцать раз превышать количество воздуха в самой струе.
Наконец, Коанда измерил давление в разных точках обтекаемой поверхности и установил, что оно ниже атмосферного. А это значит: на такой поверхности атмосферное давление создает силу, способную двигать или поднимать аппарат. Если разместить устройство в верхней части, можно получить подъемную силу без всяких движущихся частей. Эти выводы настолько протнворечилн общепринятым взглядам, что большинство аэродинамиков долгое время воспринимало их скептически. Интерес к исследова-. ниям Коанда пробудился было после войны, когда в немецких архивах нашли сведения о том, что немцы изучали этот эффект в своих аэродинамических лабораториях и считали его заслуживающим внимания. Часть повторных экспериментов как будто подтвердила существование эффекта.
Однако ряд исследователей считали, что эффект не воспроизводится, и интерес к нему был снова утрачен. Появление аппаратов на воздушной подушке побудило исследователей вновь обратиться к эффекту Коанда. И здесь-то, наконец, выяснились причины столь резких прежних расхождений. Оказалось, что стабильный эффект возникает при строго определенном соотношении размера щели н диаметра сопла, что огромное влияние оказывает место расположения щели, шероховатость и форма поверхности. Не удивительно, что многие исследователи, работавшие с примитивными моделями, зачастую вообще не обнаруживали эффекта.
Наибольший опыт накопил в этой области сам Коанда. В 1963 году 77-летний изобретатель во время посещения одной нз американских лабораторий продемонстрировал своим коллегам, какие возможности таит открытый нм эффект. В то время сопла Коанда уже устойчиво создавали тягу, равную тяге обычных реактивных сопел. Во время осмотра лаборатории, подойдя к модели одного из таких сопел, Коанда сложил вокруг него ладони трубочкой, и приборы показали увеличение тяги! Больше того, Коанда посоветовал более тщательно подобрать хвостовую оконечность. Последовав этому совету, американ- цы получили сопло с тягой, на 19% превышающей теоретическую тягу реактивного сопла.
В других экспериментах удавалось повысить тягу на 38% сверх теоретической. Изучение эффекта Коанда — не отвлеченные теоретические изыскания. Вот модель аппарата на воздушной подушке. Ее диаметр около 60 см. Верхняя часть — эллиптический тороид — сверху прикрыта крышкой так, что между поверхностью тороида н крышкой получается щель, из которой истекает воздух. Вопреки всем канонам воздух из щели вытекает вверх под углом в 45' к горизонту. И тем не менее вакуум, создаваемый сгруей в верхней части, и подпор под днищем, куда она стекала по выпуклой внешней поверхности, отрывали аппарат от земли и заставляли его парить в воздухе. Судя по модели, такие аппараты потребуют меньшей мощности, будут легче по весу и проще в управлении, чем обычные аппараты на воздушной подушке.
А вот другая модель — судно на подводных крыльях. Вместо винтов в передней части подводных крыльев сделаны щели, через которые выбрасываются струи воды. Они не только создают подъемную силу, но и сообщают судну движение вперед. Эта модель длиной 120 ем н весом 10 кг развивает скорость до 32 км/ч. Она может полностью выходить из воды и двигаться на подводном крыле даже при небольших скоростях. Подводное крыло с движителем Коанда ие создает больших волн, брызг, меньше шумит. Ученые ожидают, что натурный образец разовьет скорость в 80 узлов при меньшей мощности двигателей, чем на обычных судах на подводных крыльях.
Сам Коаида тоже сделал немало изобретений, в которых используется открытый им эффект. Например, в 1938 году он запатентовал интересное устройсгво— струйный зонт. Образно гцаоря, это крыло самолет», свернутое в диск так, что получается как бы зонт илн гриб с отверстием в центре. Если в верхней части через несколько отверстий с большой скоростью выбрасываются газовые струи, то они,' обтекая выпуклую поверхность и срываясь с нижнего края, создают пониженное давление над зонтом. В результате на нем возникает подъемная сила, поднимающая его в воздух. Уже сейчас сопла Коанда применяют в камерах сгорания — онн дают яркое голубое пламя, без дыма, с 181 Рис 83. Движитель беа двюкущихся частеа для судна яа подводных крыльях.
Работа етого движителя основана на нснольтоааннв аффекта Коанда полным сгоранием топлива. Иногда большую часть воздуха, необходимою для окисления, такое сопло прнсасывает нз окружающей среды. Возможны н другие практические применения: например, румынские ученые пробуют применить этот эффект для торможения самолетов прн посадке н для глушения шума реактивных двнгателей. Как опасно возмущать потоки Редкий труд по теории надежности обходится ныне без фотографии последовательных фаз разрушении знаменитого Такомского моста в США. Онн публнковалнсь так часто, что мы уже привычно скользим по ним взглядам, не задумываясь, как были сделаны эти снимки. Кто ухитрился в самый момент катастрофы оказаться возле моста с киноаппаратом в руках? Скажем сразу: этим человеком был профессор университета штата Вашингтон Ф.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
