В статье рассматриваются структура эффекта Коандэ в авиации, а также создание и использование данных свойств на отечественных самолетах Ан-72 и Ан-74.
Ключевые слова: Коандэ, Ан-72, самолет укороченного взлета, самолет укороченной посадки.
С дальнейшим развитием авиации расширялась и маршрутная сеть самолетов. Какие-то авиалайнеры выполняли перелеты на курорты, какие-то в большие города. Но нельзя было оставить без авиасообщения и удаленные территории полюсов, а также малых горных аэродромов. Для этого нужен был самолет, который бы мог взять на свой борт достаточное количество пассажиров и груза, но при этом чтобы длина разбега и пробега были минимальными. Советские конструкторы приняли решение о создании самолета на эффекте Коандэ. Проект получился успешно и используется в наше время в виде военного транспортного самолета Ан-72 и гражданской версии Ан-74.
Что из себя представляет эффект Коандэ
Эффект Коанда — это явление, при котором несколько объектов, находящихся в близости друг от друга, ведут себя как единое целое. Слово пришло из румынского языка от фамилии данного ученого — Андреа Коандэ.
Степень проявления эффекта Коанда зависит от свойств объектов и силы их взаимодействия. Например, если рассматривать два больших объекта, которые сильно притягиваются друг к другу, то можно заметить, что они ведут себя как единое целое. При этом если один из объектов убрать, то второй объект будет вести себя так, как будто на него действует внешняя сила.
Эффект Коанда можно наблюдать и в дикой природе:стаи птиц или группы животных при движении действуют как единый организм. Этот эффект также используется человеком: например, при строительстве зданий или машин учитывается взаимодействие отдельных элементов с остальными частями конструкции.
Также данный эффект применяется в механике, в строительстве, электрике и других сферах, в том числе и в авиации.
Эффект Коандэ и авиация
Объяснение эффекта заключается в том, что твердая поверхность будет барьером поступления струи воздуха, в результате чего будут зарождаться завихрения в зоне пониженного давления возле поверхности полукрыла. Струя прилипает за счет внешнего давления и далее движется по поверхности.
Кроме того, атмосферное давление, действующее на противоположную сторону выбранной поверхности, создает заметную силу. Ее с успехом можно использовать в качестве подъемной, что улучшает аэродинамические характеристики, которые сокращают дистанцию взлета и пробег для самолетов современной авиации.
По началу аэродинамики отнеслись к открытию скептически.
Только через много лет, был раскрыт вопрос о действии этого эффекта. Его изначально не удавалось воплотить в жизнь, а возникал он только при строго определенном соотношении размера щели и диаметра сопла воздушного судна. Важную роль играли поверхность и форма поверхности полукрыла, позволяющие получить данный эффект.
В 1938 году Коандэ получил патент на «струйный зонт», в работе которого нашел практическое применение описываемый эффект. По своей сути, это — свернутое в кольцо крыло самолета. В верхней части имеется несколько отверстий, через которые с большой скоростью вырываются газовые струи. Струи обтекают выпуклую поверхность «зонта» и создают над ним пониженное давление. Возникает подъемная сила, направленная вертикально вверх. Но такие самолеты не пошли в серию и производство было закрыто. Хотя начало использования эффекта Коандэ в авиации получило большой успех в дальнейшем развитии.
Таким образом, эффект Коанда является важным физическим явлением, которое проявляется во многих областях науки и техники. Его понимание помогает создавать более эффективные и устойчивые системы и конструкции.
Вскоре был создан самолёт укороченных взлёта и посадки (УВП) такие как Ан-72, гражданская версия Ан-74 и самолет-разведчик Ан-71.
Уникальные и единственные в своем роде самолеты УВП Ан-72 и Ан-74
Рис. 1. Самолет УВП Ан-72
Используя этот эффект, коллектив Генерального конструктора Олега Константиновича Антонова создал грузовой самолет Ан-72 (рис.1) со специальными реактивными двигателями.
У самолета очень короткий разбег и пробег, крутая траектория набора высоты и снижения, что достигается многими усовершенствованиями механизации крыла и тем, что выхлопные газы из двигателя, проходя над поверхностью крыла, создают дополнительную двигательную силу. Это — «эффект Коанда» в действии.
Чтобы продемонстрировать успешное применение данного эффекта, нужно ознакомиться с руководством по эксплуатации самолета. И действительно, аналогичные воздушные суда по массе и строению уступают по многим показателям данному самолету.
Ан-72 и Ан-74 могут вмещать до 70 пассажиров и брать на борт до 10 тонн техники и груза. При этом максимальная взлетная масса будет достигать около 20 тонн, по благодаря эффекту Коандэ, авиалайнер сможет совершить резкий взлет и мягкую посадку без использования реверса. При взлете Ан-72 потребуется всего 600м, а при посадке менее 500м. Благодаря двигателям, которые расположены над крылом, самолет получает больше подъемной силы, что является важным условием для полетов в Арктику или в небольшие горные аэродромы, где воздух увеличивает длину разбега любого самолета почти вдвое.
Заключение
Прошел век с создания данного эффекта и воплотить проекты Коандэ пытались многие конструкторы. Но на настоящее время уникальным самолетом на этом эффекте является Ан-72 и его модификации. Благодаря эффекту Конадэ, авиалайнер может выполнить взлет с малой полосы и совершить посадку не только на грунт, но и на лед. Развитие такой авиатехники не стоит на месте. Российские авиаконструкторы разрабатывают новые самолеты на основе эффекта Коандэ на замену Ан-72 и Ан-74. Примечателен тот факт, что только Россия является единственной страной с авиалайнером такого типа. Зарубежные самолёты УВП небольших размеров и используются для перевозки не более 4 человек, в то время как самолёты Ан-74 могут перевозить свыше 50 человек.
Литература:
- Ганич Г. А., Гущина Н. А., Жулев Ю. Г. Эффект Коанда при выдуве струй из прямоугольных сопл под углом к плоской поверхности // Ученые записки ЦАГИ. Том XXV, 1994 г.
- Nеwmаn В. Е. The deflexion оf plane jets bу bоundary layer Coande effect. Воundary layer and flow control / Ed. bу Lachmen G. V. // Pergamono Press.1961. Vol. I
- Руководство по летной эксплуатации самолета Ан-74–200. АСЦ ГосНИИ ГА. от 13.02.2003
