Wie wird durch den Coanda-Effekt Auftrieb erzeugt?

Die operative Idee scheint hier die Ausnutzung konvexer oder zumindest "eng" gekrümmter Oberflächen zu sein, insbesondere im Hinblick auf Flugzeugtragflächenabschnitte. Beim Lesen verschiedener Artikel scheint es ziemlich einfach zu sein, sich falsch einzuschätzen, ob und wann der Coandă-Effekt auftritt, sogar bis zu dem Ausmaß, dass der Bernoulli-Effekt mit dem Coandă-Effekt verwechselt wird.

Bildquelle und Textauszug Thermofluids UK :

Der Coandă-Effekt ist das Phänomen, bei dem sich eine Strahlströmung an einer nahe gelegenen Oberfläche anlagert und anhaftet, selbst wenn sich die Oberfläche von der ursprünglichen Strahlrichtung wegkrümmt. In freier Umgebung reißt ein Flüssigkeitsstrahl seine Umgebung mit und vermischt sich mit ihr, wenn er von einer Düse wegfließt.

Wenn eine Oberfläche in die Nähe des Strahls gebracht wird, schränkt dies die Mitnahme in diesem Bereich ein. Wenn sich die Strömung beschleunigt, um zu versuchen, die Impulsübertragung auszugleichen, entsteht ein Druckunterschied über den Strahl und der Strahl wird näher an die Oberfläche abgelenkt – schließlich haftet er daran.

Selbst wenn die Oberfläche von der ursprünglichen Richtung weg gekrümmt ist, bleibt der Strahl in der Regel hängen. Dieser Effekt kann genutzt werden, um die Strahlrichtung zu ändern. Dabei wird die Durchmischungsgeschwindigkeit des Strahls gegenüber einem äquivalenten Freistrahl oft deutlich erhöht.

Nicht wenige Flugzeuge wurden mit zusätzlichen Triebwerken gebaut, die speziell dafür ausgelegt sind, die Strömung über die Oberseite des Flügels zu lenken, wo die Wölbung am ausgeprägtesten ist. Über den Flügel geleitete Luft kann mithilfe von Klappen und einem Düsenblatt, das über die gekrümmte Oberfläche der Flügeloberseite bläst, zum Boden "nach unten gebogen" werden, um einen normalerweise vorübergehenden Hochauftriebseffekt zu erzielen. Dies kann insbesondere in Regionen anwendbar sein, in denen bergiges Gelände die Landebahnlänge einschränkt.

Der Coandă-Effekt verstärkt die normale Rolle der Klappen, indem er den Geschwindigkeitsgradienten in der Scherströmung in der Grenzschicht über der oberen Oberfläche des Flügels erheblich erhöht. In diesem Geschwindigkeitsgradienten werden Partikel von der Oberfläche weggeblasen, wodurch der Druck in diesem Bereich gesenkt wird.

Laut Wikipedia wird der Coandă-Effekt oft in Situationen falsch angewendet, in denen er nicht die Ursache ist, wie z. B. der bekannte "Trick", die gekrümmte Seite eines Löffels nahe an einen laufenden Wasserhahn zu halten, wo die Oberflächenspannung die Ursache des Ziehens ist in den Wasserstrahl.

Wenn Sie sich Ihre Abbildung oben ansehen, ist die untere Fläche aufgrund des besonderen Profils des Flügelabschnitts viel weniger gekrümmt als die obere. Wenn Sie aus den Fenstern eines modernen Flugzeugs schauen, während es seine Klappen ausfährt, ist die Abwärtskrümmung offensichtlich, und dies unterstützt die oben erwähnte Idee, Blasluftvorrichtungen anzubringen, um diese konvexe Oberfläche auszunutzen.

Aber wie kann der Druck auf der unteren Seite aus demselben Grund höher sein? Auch Flüssigkeit haftet aufgrund der Viskosität an der Oberfläche, weshalb der Coanda-Effekt entsteht.

Ich denke, die Abbildung in Ihrem obigen Beitrag oder möglicherweise die Interpretation davon kann falsch sein. Die Bodenfläche ist offensichtlich nicht dort, wo die größte Wölbung auftritt, daher treten Druckunterschiede auf.

Aus Wikipedia zum Coandă-Effekt

Um die Erfahrung mit einer Berechnung zu vergleichen, beziehen wir uns auf einen zweidimensionalen ebenen Wandstrahl der Breite h entlang einer kreisförmigen Wand mit dem Radius r. Ein Wandstrahl folgt einer ebenen horizontalen Wand, sagen wir mit unendlichem Radius, oder besser mit Erdradius, ohne Ablösung, weil sowohl der Oberflächendruck als auch der Außendruck in der Mischzone überall gleich dem atmosphärischen Druck und der Grenze sind Schicht löst sich nicht von der Wand.

Bei einem viel kleineren Radius (im Bild 12 Zentimeter) entsteht eine Querdifferenz zwischen Außen- und Wandflächenpressung, die ein von h/r, der relativen Krümmung, abhängiges Druckfeld erzeugt. Dieses Druckfeld kann zwischen einer Zone um und nach dem Ausgangspunkt des Strahls, wo er allmählich entsteht, und einer Zone vor dem Punkt auftreten, an dem sich die Strahlgrenzschicht bei atmosphärischem Druck ablöst, wo sie allmählich abnimmt.

Bildquelle: Marcel kadosch - Eigene Arbeit.

Flächenpressung eines Wandstrahls entlang einer kreisförmigen Wand

Experimente, die 1956 bei einer Reynolds-Zahl von 106 und verschiedenen Breiten h durchgeführt wurden, zeigen den entlang einer kreisförmigen Wand gemessenen Druck, der in einem horizontalen Abstand vom Ursprung des Strahls eingegeben wurde.

Oberhalb eines kritischen h/r-Verhältnisses von 0,5 wird nur ein lokaler Effekt beobachtet, der durch diese zwei Zonen gebildet wird, die sich jeweils über einen kleinen Winkel von 9º erstrecken. Dies ist kein Coandă-Effekt. Ist das h/r-Verhältnis kleiner als der kritische Wert 0,5, tritt bei nahezu konstantem Druck wie bei einem konventionellen Wandstrahl dazwischen eine zusätzliche Auslenkung auf, die man durchaus als echten Coandă-Effekt bezeichnen kann.

Schließlich nutzten die mit NOTAR (kein Heckrotor) ausgestatteten Hubschrauber den Effekt, um den üblichen wellengetriebenen Heckrotor zu ersetzen.

Offensichtlich bezieht sich das Wort "Umarmung" in der Abbildung auf den zu Beginn dieser Antwort beschriebenen Effekt.

Wenn die Frage lautet: Auftrieb eines Tragflügels und Coanda-Effekt, ist die Antwort implizit in meinem Beitrag zu: Wikipedia, der freien Enzyklopädie: Coanda-Effekt: Existenzbedingungen. Der Coanda-Effekt hat nichts mit Tragflächenauftrieb zu tun, es ist ein reiner Trägheitseffekt, der durch eine glatte, irrotative Theorie gründlich erklärt wird, die überhaupt keinen Wirbel beinhaltet, begrenzt oder nicht. Die Grenzschicht dieser reibungsfreien Strömung und die turbulente Vermischung mit Umgebungsluft sind die einzigen Orte für Viskositätseffekte, die keinen Coanda-Effekt hervorrufen, im Gegenteil, ihr Einfluss soll die Entstehung eines Coanda-Effekts begrenzen und schließlich verhindern. Marcel Kadosch

Wie in der Abbildung gezeigt, definieren wir, dass die Krümmungszentrumsrichtung der Stromlinie das Innere der Stromlinie ist und die entgegengesetzte Richtung das Äußere der Stromlinie ist. Wenn wir uns die Stromlinie am unteren Ende des Flügels ansehen, können wir sehen, dass sich der Flügel außerhalb der Stromlinie befindet. Daher steigt der Druck des Luftstroms, weil der Luftstrom durch das Zusammendrücken des Flügels verändert wird. Wenn wir uns die Stromlinie oben am Flügel ansehen, können wir sehen, dass sich der Flügel innerhalb der Stromlinie befindet. Flügel werden gezogen, um die Richtung der Strömung zu ändern, sodass der Druck der Strömung abnimmt. Der Flügel hat also eine Druckdifferenz, damit der Flügel Auftrieb bekommen kann.

Daher wird der Auftrieb des Flügels nicht durch Coandeffektor erzeugt, da Coandeffektor nicht ohne Viskosität sein kann und der Auftrieb des Flügels ohne Viskosität erzeugt werden kann.

Wenn Sie die Erzeugung des Auftriebs über das 3. Newtonsche Gesetz verstehen können; dann ist die Anwendung des Coanda-Effekts einfach.

Nur um es klarzustellen, die Newtonsche Erklärung des Fliegens: Das Flugzeug fliegt durch eine Luftmasse ('m'), die die Flügel beschleunigen ('a') nach unten, um eine nach unten gerichtete Kraft (Force = ma) zu erzeugen. Die „gleiche und entgegengesetzte“ Aufwärtskraft erzeugt Auftrieb. https://youtu.be/GAAOYOmtEQI

Demonstrieren Sie den Coanda-Effekt an einem Beispiel: Wenn die flachen Flügel eines Flugzeugs durch gebogene Flügel ersetzt werden. Der Coanda-Effekt auf der Oberseite der gekrümmten Flügel erhöht die nach unten beschleunigte Luftmasse ('m'); dies erhöht dann die abwärts gerichtete Kraft (F = ma). Dies erhöht wiederum die „gleiche und entgegengesetzte“ Aufwärtskraft (Auftrieb).

Der größte Teil des Auftriebs auf der Oberseite des Flügels wird durch die Abnahme des atmosphärischen Drucks (über 1000 Pfund pro Quadratfuß) verursacht, der durch die einströmende Luft in einem Anstellwinkel von der Unterseite des Flügels weggedrückt wird. Die Oberseite des Flügels erzeugt ca. 67% des Auftriebs!