¿Cómo se genera la sustentación debido al efecto Coanda?

La idea operativa aquí parece ser la explotación de superficies curvas convexas, o al menos "apretadas", especialmente con respecto a las secciones de las alas de los aviones. Al leer varios artículos, parece ser bastante fácil juzgar mal si ocurre el efecto Coandă y cuándo, incluso hasta el punto de confundir el efecto Bernoulli con el efecto Coandă.

Fuente de imagen y extracto de texto Thermofluids UK :

El efecto Coandă es el fenómeno en el que un flujo de chorro se adhiere a una superficie cercana y permanece adherido incluso cuando la superficie se curva alejándose de la dirección inicial del chorro. En un entorno libre, un chorro de fluido arrastra y se mezcla con su entorno a medida que sale de una boquilla.

Cuando una superficie se acerca al chorro, esto restringe el arrastre en esa región. A medida que el flujo se acelera para tratar de equilibrar la transferencia de impulso, se produce una diferencia de presión en el chorro y el chorro se desvía más cerca de la superficie, y finalmente se une a ella.

Incluso si la superficie se curva alejándose de la dirección inicial, el chorro tiende a permanecer adherido. Este efecto se puede utilizar para cambiar la dirección del chorro. Al hacerlo, la velocidad a la que se mezcla el chorro a menudo aumenta significativamente en comparación con la de un chorro libre equivalente.

Se han construido bastantes aviones con motores adicionales diseñados específicamente para dirigir el flujo sobre la parte superior del ala, donde la inclinación es más pronunciada. El aire dirigido sobre el ala se puede "doblar hacia abajo" hacia el suelo usando flaps y una lámina de chorro que sopla sobre la superficie curva de la parte superior del ala para un efecto de gran sustentación, generalmente temporal. Esto puede ser particularmente aplicable en regiones donde el terreno montañoso restringe la longitud de la pista.

El efecto Coandă aumenta el papel normal de los flaps al aumentar significativamente el gradiente de velocidad en el flujo de cizalladura en la capa límite sobre las superficies superiores del ala. En este gradiente de velocidad, las partículas se alejan de la superficie, lo que reduce la presión en esa región.

Según Wikipedia, el efecto Coandă a menudo se aplica incorrectamente a situaciones en las que no es la causa, como el conocido "truco" de sostener el lado curvo de una cuchara cerca de un grifo abierto, donde la tensión superficial es la causa del tirón. en la corriente de agua.

Si observa su ilustración anterior, debido al perfil particular de la sección del ala, la superficie inferior está mucho menos curvada que la superior. Si miras por las ventanas de cualquier avión moderno mientras extiende sus flaps, la curva hacia abajo es obvia y esto apoya la idea mencionada anteriormente de instalar dispositivos de aire soplado para aprovechar esta superficie convexa.

Pero, ¿cómo puede la presión ser mayor en el lado inferior debido a la misma razón? También el fluido se pega a la superficie debido a la viscosidad, por eso el efecto Coanda.

Creo que la ilustración en su publicación anterior, o posiblemente la interpretación de la misma, puede ser incorrecta. Obviamente, la superficie inferior no es donde aparece la mayor inclinación, por lo que se producirán diferencias de presión.

De Wikipedia Efecto Coandă

Para comparar la experiencia con un cálculo, nos referimos a un jet de pared plana bidimensional de ancho h a lo largo de una pared circular de radio r. Un chorro de pared sigue una pared horizontal plana, digamos de radio infinito, o mejor cuyo radio es el de la Tierra, sin separación porque la presión superficial así como la presión externa en la zona de mezcla es en todas partes igual a la presión atmosférica y la frontera. capa no se separa de la pared.

Con un radio mucho más pequeño (12 centímetros en la imagen) surge una diferencia transversal entre la presión externa y la superficie de la pared, creando un campo de presión que depende de h/r, la curvatura relativa. Este campo de presión puede aparecer entre una zona alrededor y después del origen del chorro donde surge gradualmente, y una zona antes del punto donde la capa límite del chorro se separa a presión atmosférica donde disminuye gradualmente.

Fuente de la imagen: Marcel kadosch - Trabajo propio.

Presión superficial de un chorro de pared a lo largo de una pared circular

Los experimentos realizados en 1956 en un Reynolds número 106 y varios anchos h muestran la presión medida a lo largo de una pared circular, ingresada a una distancia horizontal del origen del chorro.

Por encima de una relación h/r crítica de 0,5, sólo se observa un efecto local formado por estas dos zonas, cada una de las cuales se extiende sobre un pequeño ángulo de 9°. Este no es un efecto Coandă. Si la relación h/r es menor que el valor crítico de 0,5, se produce una desviación adicional que se puede denominar válidamente efecto Coandă verdadero en el medio a una presión casi constante, como en un chorro de pared convencional.

Finalmente, los helicópteros equipados con NOTAR (sin rotor de cola) utilizaron el efecto para reemplazar el rotor de cola accionado por eje habitual.

Obviamente, la palabra "abrazo", en la ilustración, es una referencia al efecto descrito al comienzo de esta respuesta.

Si la pregunta es: Elevación de un perfil aerodinámico y efecto Coanda, la respuesta está implícita en mi contribución a: Wikipedia, la enciclopedia libre: Efecto Coanda: Condiciones para la existencia. El efecto Coanda no tiene nada que ver con la sustentación del perfil aerodinámico, es un efecto puramente inercial explicado a fondo por una teoría irrotacional no viscosa que no implica ningún vórtice, acotado o no. La capa límite de este flujo no viscoso y la mezcla turbulenta con el aire ambiente son los únicos lugares para efectos de viscosidad que no producen ningún Efecto Coanda: por el contrario, su influencia es poner un límite y finalmente impedir la producción de un Efecto Coanda. Marcel Kadosch

Como se muestra en la figura, definimos que la dirección del centro de curvatura de la línea de corriente es el interior de la línea de corriente y la dirección opuesta es el exterior de la línea de corriente. Mirando la línea de corriente en la parte inferior del ala, podemos ver que el ala está fuera de la línea de corriente. Por lo tanto, la presión del flujo de aire aumenta porque el flujo de aire cambia debido a la compresión del ala. Mirando la línea de corriente en la parte superior del ala, podemos ver que el ala está dentro de la línea de corriente. Las alas se tiran para cambiar la dirección del flujo, por lo que la presión del flujo disminuye. Entonces, el ala tiene una diferencia de presión, por lo que el ala puede levantarse.

Por lo tanto, la sustentación del ala no es generada por Coandeffector, porque Coandeffector no puede estar sin viscosidad, y la sustentación del ala puede generarse sin viscosidad.

Si puede comprender la generación de sustentación a través de la tercera ley de Newton; entonces aplicar el efecto Coanda es simple.

Para que quede claro, la explicación newtoniana del vuelo: el avión vuela a través de una masa de aire ('m') que las alas aceleran ('a') hacia abajo, para crear una fuerza hacia abajo (Fuerza = ma). La fuerza ascendente 'igual y opuesta' genera sustentación. https://youtu.be/GAAOYOmtEQI

Demuestre el efecto Coanda con un ejemplo: si las alas planas de un avión se reemplazan por alas curvas. El efecto Coanda en la parte superior de las alas curvas aumenta la masa de aire ('m') acelerada hacia abajo; esto entonces aumenta la fuerza hacia abajo (F = ma). A su vez, esto aumenta la fuerza ascendente (ascensor) 'igual y opuesta'.

La mayor parte de la sustentación en la parte superior del perfil aerodinámico se debe a la disminución de la presión atmosférica (más de 1000 libras por pie cuadrado) empujada por el aire entrante, en un ángulo de ataque, desde la parte inferior del ala. La parte superior del ala crea aprox. 67% del ascensor!