宽德效应

✍ dations ◷ 2024-12-23 09:06:22 #流体力学,物理现象

宽德效应(英语:Coandă Effect;Coandă又译为康德、康达、柯恩达),亦称附壁作用。流体(水流或气流)有离开本来的流动方向,改为随着凸出的物体表面流动之倾向,并使周围流体逸入此一喷流中。由于流体移动方向改变,使得周围产生压力较低的区域,此称为宽德效应。这种作用是以罗马尼亚发明家安利·宽德(Henri Coandă)为名。安利·宽德发明的一架飞机(宽德-1910)曾经因这种效应坠毁,之后他便致力这方面的研究。

1800年,汤玛士·杨格在一场皇家学会的演讲中,提出了对康德效应的描述:

使蜡烛火焰往风管的气流靠拢的侧压,与气流通过障碍物时产生弯折的压力,很可能是一样的原理所造成。如果把一股气流在水面吹起的涟漪做标记,并且在气流的侧边放置一个凸面体,可以发现气流往凸面体的方向弯折了;如果凸面体是可以自由移动的话,还能发现它稍微往气流移动。

一百年后,亨利·康德在他的Coandă-1910(英语:Coandă-1910)型飞机实验中应用了这个效应。

康德效应可以用小气流柱和乒乓球来示范。将吸尘器的管口往上倾斜一个角度,使气流从乒乓球上表面附近通过,当气流强度适中时,乒乓球的重力和其所受气压梯度力将可以平衡、让球浮在半空中。一个对康德效应常见的误解是水龙头的水通过汤匙背面时,汤匙会被拉进水流中的这个现象也属于康德效应。与乒乓球的例子不同之处,在于水流和汤匙是在不同的相态中(液态和气态),逸入水流的空气其实相当稀少。汤匙之所以会往水流靠拢主要是表面张力的作用。康德效应的例子还有:在一根点燃的蜡烛前放置罐子,对罐子吹气,气流可以将罐子后方的蜡烛吹熄。

附壁作用是大部分飞机机翼的主要运作原理。附壁作用的突然消失是飞机失速的主要原因。

部分飞机特别使用引擎吹出的气流来增加附壁作用,用以提高升力。美国波音的YC-14 及前苏联的安-72都是把喷射发动机装在机翼上方的前面,配合襟翼,吹出的气流可以提高低速时机翼的升力。波音的C-17运输机亦有透过附壁作用增加升力,但所产生的升力较少。

直升机的“无尾旋翼”(NOTAR-No Tail Rotor)技术,亦是透过吹出空气在机尾引起附壁作用,造成推力平衡主旋翼产生的反扭矩。

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