История науки: от реактивного самолета до летающей тарелки. Коанда эффект - что это

Еще ребёнком, я был очарован чудом ветра.
Henri Coanda

Француз румынского происхождения, изобретатель, первооткрыватель гидро- и аэродинамики, родитель современного двигателя самолета.

Родился в Бухаресте, Генри (Анри) Коанда был вторым ребенком многодетной семьи, у него было 4 брата и 2 сестры. Его отец генерал Константин Мари Коанда - профессор математики в национальной школе (the National School of Power and Roads). Мать, Аида Данет - дочь французского врача Густава Данет, рождена в Британи (северо-западный район Франции).

Коанда учился в общинной школе (Petrarche Poenaru Communal Schoo) в Бухаресте, затем в лицее Св. Савы (1896). После 3 лет обучения в нем (1899), его отец, желавший военной карьеры для сына, добился перевода Генри в военный лицей (г. Яссы). Окончив это учебное заведение (1903) в звании главного сержанта, продолжил обучение в военной школе артиллерии и военно-морской инженерии в Бухаресте.

В 1904 году послан с полком артиллерии в Германию, где был зачислен в Технический Университет в Шарлоттенбурге (Берлин). Коанда стал дипломированным офицером артиллерии, но техническиая сторона полетов его интересовала больше. В 1905 году сконструировал реактивный самолет для румынской армии, но базой последующих исследований стал институт Montefiore в Льеже (1907-1908).

В 1908 Коанда возвращается в Румынию, активно служа в качестве офицера во втором полке артиллерии. Однако его изобретательский дух не соответствовал военной дисциплине, поэтому он ходатайствовал, и получил позволение, оставить армию. Получив свободу Генри совершил долгое автомобильное путешествие в Исфахан, Тегеран, и Тибет.

Вернувшись в 1909 году, переехал в Париж, где вступил в члены в недавно основанной Превосходящей Аеронавигационной Школе в Париже (Aeronautique en d"Ingenieurs 3ecole Nationale Superieure); одним годом позже (1910) получил высшее образование во главе первого класса аэронавигационных инженеров.

С поддержкой инженера Густава Эйфеля а также математика, политикана, и пионера в аэронавигации Поля Пенлеве, он начал «баловаться» с аэродинамическими технологиями. В ходе одного из экспериментов устанавливал передвижную платформу, в то время как экспериментальный поезд двигался со скоростью 90 км/ч на маршруте Париж - св. Квентин, в результате чего смог проанализировать аэродинамический феномен.

В другом эксперименте, при профилировании крыльев, использовались: тоннель ветра с дымом, аэродинамический баланс и специальная фотокамера. Это привело к открытию аэродинамического эффекта, теперь известного как эффект Коанда.

В 1910, используя мастерскую Иоахима Капрони (Joachim Caproni), он разработал и соорудил первому "реактивный" самолет, известный как Коанда-1910 (Coand-1910), на втором международном салоне аэронавтики в Париже продемонстрировал возможности своего «детища». Поршневой двигатель Clerget с 4-мя цилиндрами, приводил во вращение компрессор, управляющий 2-мя горелками для толчка, вместо использования пропеллера. Такая конструкция применялась в самолетостроении около 30-лет до тех пор, пока Campini Caproni CC.2 не привел следующий реактивный двигатель действие.

В 1911 в Реймсе, Г. Коанда представил двухмашинный самолет, только с одним пропеллером.

На аэродроме Issy-les-Moulineaux около Парижа, Коанда потерял управление двигателем самолета, который шел по взлетной полосе, в результате чего самолет загорелся. К счастью, Генри «отделался» легким испугом и незначительными травмами лица и рук. В это время, Коанда отказался от экспериментов из-за недостатка интереса и поддержки со стороны публики и научных и технических учреждений.
Между 1911 и 1914, работал как технический директор английской компании Бристоль Аэроплан (Bristol Aeroplane), где конструировал несколько "классических" самолетов (с пропеллерами), известных как самолеты Бристоль-Коанда (Bristol-Coand). В 1912 одних этих самолетов выиграл первый приз на международном военном состязании авиации в Великобритании.

В 1915, он вернулся во Францию где, работал во время Первой войны для Delaunay-Belleville в Сен-Дени. Здесь он разработал три типа самолетов, среди них Коанда-1916 (Coanda-1916), с двумя пропеллерами, установленными близко к хвосту (подобно известному транспортному самолету "Каравелла" ("Caravelle"); фактически Коанда принял участие в проекте этого самолета как технический консультант).

В годах между войнами, он продолжил путешествовать и изобретение; изобретения включили первые салазки с реактивным двигателем, и первый роскошный аэродинамический поезд железной дороги. В 1934 ему предоставляли французский патент, связанный эффектом Коанда. В 1935, он использовал тот же самый принцип как основание для скоростного судна на воздушной подушке, называемого " Aerodina Lenticulara ", который был очень подобен в форме к НЛО, позже усовершенстванным компанией Avro Canada, позднее разработка была куплена Военно-воздушные силы США (USAF) и стала классифицированным проектом.

В 1969, во время первых лет эры Чаушеску, он возвратился, для того чтобы, провести свои последние дни в его родной Румынии, где он служил как директор Института Научно-технического Создания (INCREST) и в 1971 реорганизованный, вместе с профессором Елиом Карафоли. Отдел Аеронавигационной Разработки Политехнического Университета в Бухаресте, отделяя его от отдела общего машиностроения.

Коанда создал "Coandă-1910", экспериментальный самолет на реактивной тяге. Обнаружил гидродинамический эффект, названный эффектом Коанды. Разработал устройство для обнаружения жидкостей под землей, полезное в разведке нефти. Систему для морского бурения. Дизайн "летающей тарелки" и огромное количество других изобретений.


Румынский ученый, пионер аэродинамики и первооткрыватель эффекта Коанды.

Анри Мари Коанда, второй ребенок в большом семействе, родился в Бухаресте (Bucharest) 7 июня 1886-го. Его отец был профессором математики в Национальной школе мостов и дорог (National School of Bridges and Roads). Его мать - дочкой французского врача Гюстава Дане (Gustave Danet). Предаваясь воспоминаниям о детстве, Коанда отмечал, что его очень волновала сила ветров.

Коанда начал обучение в Национальном коллеже святого Саввы (Saint Sava National College), но через три года, в 1899-м, его отец, решивший превратить сына в военного, отослал Анри в Военное училище в Яссы (Military High School, Iaşi). По окончанию училища в 1903-м Коанда в звании сержант-майор продолжил образование в бухарестской Школе артиллерийских, военных и флотских инженеров (School of Artillery, Military, and Naval Engineering). В 1904-м он поступил в немецк

ую Высшую техническую школу в Шарлоттенбурге (Technische Hochschule, Charlottenburg).

Получив ранг артиллерийского офицера, Коанда все же больше был увлечен техническими проблемами полета. Воздухоплавание увлекло его настолько, что в 1905-м он построил для румынской армии самолет-снаряд. Свои исследования Анри продолжил в бельгийском Институте Монтефиоре в Льеже (Montefiore Institute, Liège), где познакомился с авиационным инженером Джанни Капрони (Gianni Caproni). В 1908-м он вернулся в Румынию (Romania), где ему было позволено покинуть армию.

В 1909-м Коанда отправился в Париж (Paris), где поступил в Высшую национальную школу инженеров и авиаконструкторов (École Nationale Superieure d"Ingenieurs en Construction Aéronautique). Через год, во время работы в мастерской Капрони, Коанда построил модель самолета "Coandă-1910" с 4-цилиндровым поршневым двигателем, нагнетающим воздух в кам

еры сгорания. В этих двух камерах воздух смешивался с топливом и сгорал. Таким образом, Анри разработал технологию реактивной тяги, которую сначала запатентовал во Франции (France), а затем в Великобритании (Great Britain) и Швейцарии (Switzerland).

В октябре 1910-го самолет "Coandă-1910" взмыл в воздух на глазах большой толпы. За штурвалом находился сам Анри. Чтобы защитить хвост от выхлопов, Коанда использовал закругленные дефлекторы. В воздухе дефлекторы отклонили пламя из двигателя на хвостовое оперение. Самолет потерял управление и врезался в амбар. Согласно легенде, такой поворот событий заставил изобретателя задуматься, после чего он открыл "эффект Коанда".

С 1911-го по 1914-й Анри был техдиректором компании "Bristol Aeroplane Company" в Великобритании. За это время он разработал несколько аэропланов, известных под общим названием "Bristol-Coanda Monoplanes". В 1915-м Коанда опять прибыл во

Францию, где работал над созданием трех различных моделей поршневых самолетов. Одной из них стала модель "Coandă-1916", с пропеллерами, установленными в непосредственной близости к хвосту.

В промежутке между Первой и Второй мировой Коанда не прекращал путешествовать и изобретать. В 1934-м он получил патент на "эффект Коанда" во Франции. В начале 1930-х он заложил основы для создания дискообразного самолета "Aerodina Lenticulara", так называемой "летающей тарелки", но проект не был доработан. Во время Второй мировой Анри работал на оккупированной Франции на нацистов.

В 1969-м, в эпоху Чаушеску (Ceauşescu), Коанда вернулся в Румынию, где занимал пост директора Института научного и технического творчества (INCREST). В 1971-м ученый открыл инженерно-механический факультет в Бухарестском политехническом университете (Polytechnic University of Bucharest).

Анри Коанда

Wikimedia Commons/Indicator.Ru

О первом в мире самолете на реактивной тяге, о том, как нацисты отклонили проект «летающей тарелки» и какое отношение к авиации имел создатель Эйфелевой башни, рассказываем в рубрике «История науки».

«Молодой человек, вы опередили свою эпоху на 30, а то и на все 50 лет!»

История Анри Коанды началась в Бухаресте в 1886 году. Отцом нашего героя был дипломат, математик, а позднее и премьер-министр Румынии генерал Константин Коанда. Он прочил сыну военную карьеру, поэтому, когда будущему инженеру исполнилось 13 лет, отец отправил его в военную школу. Спустя четыре года, уже в звании сержант-майора Коанда продолжил обучение в Школе артиллерийских, военных и флотских инженеров. Затем будущий ученый был принят в Высшую техническую школу в немецком городке Шарлоттенбурге.

По образованию Коанда стал инженером-артиллеристом, однако с каждым годом его все больше увлекало воздухоплавание. Это увлечение привело Анри в Льеж, где начинающий инженер учился в Институте Монтефиор, а заодно завязал приятельские отношения с итальянским авиаконструктором Джанни Капрони. В 1908 году Коанда вернулся к себе на родину и навсегда распрощался с армией. На следующий год он прошел в новую престижную Высшую национальную школу инженеров и авиаконструкторов в Париже. Наставником нашего героя был Густав Эйфель, создатель знаменитой башни. Именно при его участии Коанда построил свой необычный аэроплан.

Джованни (Джанни) Капрони

Wikimedia Commons

Аппарат с железобетонным фюзеляжем и высоко расположенным прямоугольным крылом напоминал по форме бумажного голубя. Инженер разместил бензиновые баки в крыльях, а также сделал наполовину убирающиеся шасси. Но главная сенсация заключалась в том, что аэроплан был без пропеллера. Вместо винта в носовой части аппарата находился усеченный металлический конус — турбина. Воздух всасывался в конус центробежным компрессором, сжимался и попадал в камеру сгорания, где в него впрыскивалось топливо. Через два сопла по бокам фюзеляжа сжатый газ вырывался наружу и толкал аппарат вперед.

Первый полет реактивного самолета Coandă-1910 состоялся осенью 1910 года на аэродроме под Парижем. Конструктор внимательно осмотрел аппарат и лег в желоб фюзеляжа. Загудел мотор, и из реактивных сопел вырвались языки пламени. Для самозащиты конструктор прикрепил к фюзеляжу металлические щитки, отбрасывающие пламя в сторону, однако после увеличения скорости разбега щитки не просто перестали отражать огонь от фюзеляжа, а, наоборот, «присасывали» огонь к фанерным бокам. Коанда отвлекся и не заметил, как самолет приближается к амбару. Инженер рванул рычаг управления на себя, и самолет оторвался от земли. Но без достаточной для подъема скорости аппарат перевалил через амбар и врезался носом в землю. Коанда успел выскочить из кабины, отделавшись несерьезными ранениями.

Реактивный самолет Coandă-1910

Wikimedia Commons

Несмотря на неудачу, Эйфель поздравил своего ученика: «Молодой человек, вы опередили свою эпоху на 30, а то и на все 50 лет!». И, действительно, спустя почти 30 лет в нацистской Германии проект нашего героя оказался полностью воплощен в реальность, пригодившись при создании первого самолета с турбореактивным двигателем Heinkel He 178.

Эффектный полет

После произошедшей катастрофы ученый всерьез задумался, почему во время разбега языки пламени из сопел не отражались, а «прилипали» к фюзеляжу. Самостоятельно проведя опыты, наш герой понял, что направление струи можно изменять и даже поворачивать ее в обратную сторону. Для этого нужно лишь правильно подобрать форму обтекаемой газом или жидкостью поверхности.

Ученый также пришел к выводу, что давление в струе ниже атмосферного, а это значит, что на обтекаемой поверхности создается сила, способная поднимать аппарат без движущихся частей. Так, на парижском аэродроме конструктор открыл эффект, позже названный его именем, «эффект Коанды». Он возникает только при строго определенном соотношении размера щели и диаметра сопла, поэтому сначала ученым не всегда удавалось повторить его. Самому конструктору первый патент на «эффект Коанды» удалось получить во Франции лишь в 1934 году.

Стоит отметить, что в современном авиастроении специалисты лишь изредка применяют этот эффект. Наглядным образцом можно считать легкий военно-транспортный самолет Ан-72. В этом аппарате реактивные двигатели расположены сверху крыла. Выхлопные газы из двигателя, проходя над поверхностью крыла, создают дополнительную двигательную силу.

Военно-транспортный самолет Ан-72

Dmitry Zherdin/Wikimedia Commons

«Летающая тарелка»

С 1911 года Коанда жил в Великобритании, где работал техническим директором компании Bristol Aeroplane Company . За это время инженер сконструировал несколько аэропланов, которые стали известны под общим названием Bristol-Coanda Monoplanes. В 1915 году Коанда вернулся во Францию и начал работать над моделями поршневых самолетов. Одной из них стал самолет Coandă-1916.

Wikimedia Commons

В межвоенное время наш герой не прекращал изобретать и странствовать. Ученый работал над проектами аэросаней и аэродинамического поезда. В начале 1930-х годов все его внимание сосредоточилось на создании дискообразного самолета Aerodina Lenticulara, так называемой «летающей тарелки». Перемещаться в воздухе она должна была благодаря «эффекту Коанда».

Один из пионеров аэродинамики, инженер Генри Коанда родился в Румынии в 1886-м году, а в начале двадцатого века переехал учиться и работать в Париж.

В 1910-м году Коанда построил первый в мире реактивный самолет - биплан "Turbine Aeroplane" («турбинный аэроплан») и представил его на суд зрителей на Втором Воздухоплавательном Салоне в Париже.

К сожалению, презентация прошла неудачно. Самолет был оснащен четырехцилиндровым поршневым двигателем Clerget мощностью 50 л.с. с примитивным водным охлаждением и термореактивной турбиной. Мотор был подсоединен к редуктору и компрессору, работавшему на 4000 оборотах в минуту. Расположенный в носовой части самолета обтуратор регулировал объем воздуха, подаваемого в компрессор. Из компрессора воздух поступал в камеры сгорания, расположенные по обе стороны от фюзеляжа. В них нагнетенный воздух смешивался с топливом, которое воспламенялось с большой отдачей и приводило в движение биплан, а выхлоп эвакуировался через сопла.

Во время презентации разогретая турбина привела самолет в движение. Не имея квалификации пилота, Коанда, тем не менее, запрыгнул в кабину и попытался взлететь, однако не справился с управлением, в результате чего биплан упал и разбился, а инженер отделался незначительными травмами и легким испугом.

Конструкция самолета была признана неудачной, и дальнейшие разработки турбинного аэроплана были прекращены. Тем не менее, в результате этих экспериментов Коанда выявил важный физический феномен: струя воздуха, вылетающая из сопла, обтекает защитную панель и возвращается на фюзеляж. Это явление стало основой открытия знаменитого «эффекта Коанда», который проявляется в том, что жидкость, проходящая под высоким давлением вдоль скругленных поверхностей, меняет свою траекторию и обтекает их изгибы. Данный феномен проявляется и в отношении газов, однако требует нагнетания более высокого давления выпуска.

На основании данного открытия Генри Коанда смог оформить три патента в 1938-м году. Патент №2,108,652 от 15 февраля 1938 г. касался разгона восходящих потоков воздуха по периметру вогнутого диска.

Новаторская теория Коанды не получила официального отклика вплоть до того момента, как германские войска оккупировали Францию в 1940-м году. Технический отдел СС немедленно пригласил инженера к сотрудничеству и привлек его к проектированию большого дискового летательного аппарата, работающего на реактивной тяге по передовой немецкой технологии.

Коанда предложил достаточно странную конструкцию аппарата в виде линзы диаметром 20 метров. Двенадцать реактивных двигателей Jumo 004B были установлены по периметру диска, их сопла были подсоединены к трем выхлопным отверстиям, ориентированным в сторону внешнего кольца. По достижении заданной высоты разгон двигателя с одной стороны отклонял противоположную сторону вниз, и аппарат начинал движение в заданном направлении.



Дизайн дисколета Коанда был прорывом в технологии реактивных дисковых аппаратов, однако испытание масштабной модели произошло уже после окончания Второй Мировой войны. В то же время, серийное производств таких аппаратов было экономически невыгодно из-за потребности в большом количестве мощных двигателей, какие на тот момент устанавливались в боевых самолетах и бомбардировщиках типа Me-262 Schwalbe и Ar 34 Blitz.

Также подобный аппарат требовал большого объема горючего, которого к 1944-му году Германии стало катастрофически не хватать. В связи с этим, на закате Третьего Рейха Коанда продолжил свои исследования и разработки уже в отношении компактных дисковых аппаратов. Поражение Германии не привело к забвению работ Генри Коанда: его изобретения были по достоинству оценены учеными стран-союзников. Движительная система Коанда нашла официальное признание в 1949-м году, а в 1952-м году Корнелльская Авиационная Лаборатория при Университете Корнелла в США провела серию успешных испытаний системы, еще более упрочивших репутацию инженера. Так, система управления канадского летательного аппарата AVRO VZ-9V, построенного в Мэлтоне в 1958 году, полностью основывалась на эффекте Коанда. Генри Коанда продолжал свои исследования и эксперименты и в 60-х годах оформил новые патенты на создание дисколетов и двигателей на основе описанного им феномена. Тем не менее, ни одного нового дисколета по его чертежам не было сконструировано… или все-таки они были созданы, но мы об этом ничего не знаем?

О первом в мире самолете на реактивной тяге, о том, как нацисты отклонили проект «летающей тарелки» и какое отношение к авиации имел создатель Эйфелевой башни, рассказываем в рубрике «История науки».

«Молодой человек, вы опередили свою эпоху на 30, а то и на все 50 лет!»

История Анри Коанды началась в Бухаресте в 1886 году. Отцом нашего героя был дипломат, математик, а позднее и премьер-министр Румынии генерал Константин Коанда. Он прочил сыну военную карьеру, поэтому, когда будущему инженеру исполнилось 13 лет, отец отправил его в военную школу. Спустя четыре года, уже в звании сержант-майора Коанда продолжил обучение в Школе артиллерийских, военных и флотских инженеров. Затем будущий ученый был принят в Высшую техническую школу в немецком городке Шарлоттенбурге.

По образованию Коанда стал инженером-артиллеристом, однако с каждым годом его все больше увлекало воздухоплавание. Это увлечение привело Анри в Льеж, где начинающий инженер учился в Институте Монтефиор, а заодно завязал приятельские отношения с итальянским авиаконструктором Джанни Капрони. В 1908 году Коанда вернулся к себе на родину и навсегда распрощался с армией. На следующий год он прошел в новую престижную Высшую национальную школу инженеров и авиаконструкторов в Париже. Наставником нашего героя был Густав Эйфель, создатель знаменитой башни. Именно при его участии Коанда построил свой необычный аэроплан.

Джованни (Джанни) Капрони

Wikimedia Commons

Аппарат с железобетонным фюзеляжем и высоко расположенным прямоугольным крылом напоминал по форме бумажного голубя. Инженер разместил бензиновые баки в крыльях, а также сделал наполовину убирающиеся шасси. Но главная сенсация заключалась в том, что аэроплан был без пропеллера. Вместо винта в носовой части аппарата находился усеченный металлический конус - турбина. Воздух всасывался в конус центробежным компрессором, сжимался и попадал в камеру сгорания, где в него впрыскивалось топливо. Через два сопла по бокам фюзеляжа сжатый газ вырывался наружу и толкал аппарат вперед.

Первый полет реактивного самолета Coandă-1910 состоялся осенью 1910 года на аэродроме под Парижем. Конструктор внимательно осмотрел аппарат и лег в желоб фюзеляжа. Загудел мотор, и из реактивных сопел вырвались языки пламени. Для самозащиты конструктор прикрепил к фюзеляжу металлические щитки, отбрасывающие пламя в сторону, однако после увеличения скорости разбега щитки не просто перестали отражать огонь от фюзеляжа, а, наоборот, «присасывали» огонь к фанерным бокам. Коанда отвлекся и не заметил, как самолет приближается к амбару. Инженер рванул рычаг управления на себя, и самолет оторвался от земли. Но без достаточной для подъема скорости аппарат перевалил через амбар и врезался носом в землю. Коанда успел выскочить из кабины, отделавшись несерьезными ранениями.

Реактивный самолет Coandă-1910

Wikimedia Commons

Несмотря на неудачу, Эйфель поздравил своего ученика: «Молодой человек, вы опередили свою эпоху на 30, а то и на все 50 лет!». И, действительно, спустя почти 30 лет в нацистской Германии проект нашего героя оказался полностью воплощен в реальность, пригодившись при создании первого самолета с турбореактивным двигателем Heinkel He 178.

Эффектный полет

После произошедшей катастрофы ученый всерьез задумался, почему во время разбега языки пламени из сопел не отражались, а «прилипали» к фюзеляжу. Самостоятельно проведя опыты, наш герой понял, что направление струи можно изменять и даже поворачивать ее в обратную сторону. Для этого нужно лишь правильно подобрать форму обтекаемой газом или жидкостью поверхности.

Ученый также пришел к выводу, что давление в струе ниже атмосферного, а это значит, что на обтекаемой поверхности создается сила, способная поднимать аппарат без движущихся частей. Так, на парижском аэродроме конструктор открыл эффект, позже названный его именем, «эффект Коанды». Он возникает только при строго определенном соотношении размера щели и диаметра сопла, поэтому сначала ученым не всегда удавалось повторить его. Самому конструктору первый патент на «эффект Коанды» удалось получить во Франции лишь в 1934 году.

Стоит отметить, что в современном авиастроении специалисты лишь изредка применяют этот эффект. Наглядным образцом можно считать легкий военно-транспортный самолет Ан-72. В этом аппарате реактивные двигатели расположены сверху крыла. Выхлопные газы из двигателя, проходя над поверхностью крыла, создают дополнительную двигательную силу.

Военно-транспортный самолет Ан-72

Dmitry Zherdin/Wikimedia Commons

«Летающая тарелка»

С 1911 года Коанда жил в Великобритании, где работал техническим директором компании Bristol Aeroplane Company . За это время инженер сконструировал несколько аэропланов, которые стали известны под общим названием Bristol-Coanda Monoplanes. В 1915 году Коанда вернулся во Францию и начал работать над моделями поршневых самолетов. Одной из них стал самолет Coandă-1916.

Wikimedia Commons

В межвоенное время наш герой не прекращал изобретать и странствовать. Ученый работал над проектами аэросаней и аэродинамического поезда. В начале 1930-х годов все его внимание сосредоточилось на создании дискообразного самолета Aerodina Lenticulara, так называемой «летающей тарелки». Перемещаться в воздухе она должна была благодаря «эффекту Коанда».

Необычная задумка инженера не нашла признания вплоть до оккупации Франции германскими войсками в начале Второй мировой войны. Технический отдел СС незамедлительно пригласил нашего героя к сотрудничеству. Вскоре нацисты предложили ему спроектировать огромный дисковый летательный аппарат, который работал бы на реактивной тяге.

Нашему герою пришла в голову весьма неординарная конструкция аппарата в виде линзы диаметром 20 метров. По периметру диска размещались 12 реактивных двигателей марки Jumo 004B, а сопла подсоединялись к трем выхлопным отверстиям, нацеленным по направлению внешнего кольца. Когда заданная высота достигнута, разгон двигателя с одной стороны отклоняет противоположную сторону вниз, и аппарат начинает двигаться в нужном направлении.