При обсуждении "Лунной темы" есть регулярный отсыл к авторитетам:
- А вот эти и эти авторитетные люди, ученые, обласканные властью и увешанные наградами - они сказали, что американцы были на Луне. Раз уж эти люди сказали - значит они точно были...
Вспомнился мне один весьма интересный авиационный пример, когда была совершена весьма показательная ошибка, хотя и оставшаяся без особых последствий и затем тихонько спущенная "на тормозах".
Итак - самолет Ан-72, он же "Чебурашка".
Весьма характерная внешность, из за расположенных на крыле, или над крылом или даже немного перед крылом, двигателей.
Разработка 1977 года, транспортный самолет с УВП - укороченным взлетом и посадкой.
Требования укороченного взлета и посадки - мощные (с большой тягой) двигатели, крыло достаточно большой площади с сильно развитой механизацией - одинаковы для всех самолетов.
Но для Ан-72 основной упор сделали на эффект Коанда - "прилипание" струи газов к поверхности, вдоль которой она проходит и отклонение этой струи, если поверхность искривлена.
Потому двигатели расположены над верхней поверхностью крыла, даже над передней кромкой.
Как известно, подъемная сила крыла создается за счет разности скоростей на верхней и нижней поверхности крыла - закон Бернулли в действии - чем выше скорость, тем меньше статическое давление.
Скорость на верхней поверхности выше, на нижней - ниже. Статическое давление наоборот - получается подъемная сила. А в зоне действия реактивной струи - скорость еще выше и разрежение, то есть подъемная сила еще больше - все хорошо.
Есть правда нюанс - струя расширяется, и что бы это разрежение не закончилось - поверхность крыла, вдоль которой движется струя, должна быть отклонена вниз.
Кстати, такое высокое расположение двигателя затрудняет его обслуживание, но очень хорошо защищает двигатели от попадания посторонних предметов.
Самолет разработали, испытали, запустили в серию. Разработали несколько модификаций, "северный" вариант с изменённым названием - Ан-74 (с названиями там в процессе производства изрядно все "напутали" - но это отдельный разговор). Самолет получился достаточно удачный.
Цитата из статьи в "Уголке неба":
"В 1979 г. Ан-72 был впервые представлен на аэросалоне в Ле-Бурже, где привлек большое внимание нетрадиционностью решения и высокими характеристиками. Большая тяговооруженность самолета (до 0,42 при нормальной взлетной массе) в сочетании с небольшой нагрузкой на крыло давали ему возможность выполнять эффектные маневры, необычные для самолетов этого класса: взлет с коротким разбегом и крутым набором высоты, виражи с креном до 45°, проходы на предельно малой скорости и "точечная" посадка. На одной из опытных машин (номер 0106) специально для демонстрационных полетов усилили крыло и фюзеляж, и этот "акробатический" самолет получил возможность выполнять даже некоторые элементы высшего пилотажа - бочки и полупетли."
Конец цитаты.
Автор наблюдал в конце восьмидесятых полет "лидера" в цвете анодированного алюминия над Харьковом - Ан-72 для кого то из гостей крутил простой пилотаж, чуть ли не до "бочки" включительно.
А в чем же ошибка? спросит читатель - если самолет получился?
Ошибка как раз в том, из за чего и весь "сыр-бор" - эффекта Коанда.
Вернее в переоценке его значения.
Цитата из той же статьи:
"Упоминание эффекта Коанда теперь вызывало лишь усмешку - его роль в создании подъемной силы составляла лишь 5-7%, а основные несущие свойства обеспечивало само крыло увеличенной площади. По результатам испытаний введены были и другие изменения конструкции: сняты четыре секции недостаточно эффективных интерцепторов на центроплане (они находились в струе двигателей, а на посадке затенялись мотогондолами), установлено новое радиотехническое оборудование и навигационный комплекс."
Конец цитаты.
Столь незначительная роль эффекта Коанда в создании подъемной силы была на доработанном, модифицированном варианте самолета. В исходном варианте она была несколько выше, но то же не особо значительна - намного меньше тех надежд, что на нее возлагали.
Как же так получилось?
На самом деле - все просто для понимания, только если рассматривать создание тяги и создание подъемной силы не с точки зрения газодинамики, а используя физику Ньютона об импульсе и кинетической энергии.
Я про это неоднократно говорил - физические процессы существуют без оглядки на различные теории. А они, теории, служат для нашего удобства понимания этих процессов. Полет ракеты (и работу реактивного двигателя) можно рассмотреть опираясь как на газодинамику, так и на ньютоновскую физику.
Далее - на примере.
Допустим у нас есть реактивный двигатель с тягой в 1000 кгс. На его базе мы можем сделать некий ЛА (ракету или реактивный флаер) с взлетным весом чуть меньше 1000 кг. Иначе просто не взлетит.
А нам нужно перевезти из точки А в точку Б 5000 кг. За один раз. И двигатель только один. Как сделать так?
Мы находимся на Земле и нас окружает воздух. Мы можем использовать тягу нашего двигателя не напрямую, а с использованием крыла. Обычное крыло с АД качеством примерно 10 - вполне рядовая величина - у самолетов качество около 20, а у планеров доходит до 50.
Напомню К=Y/X, где Y-подъемная сила крыла, Х - сопротивление.
Сопротивление в горизонтальном установившемся полете равно силе тяги двигателя. Про взлет и набор высоты - пока не усложняем
Отсюда получаем при тяге в 1000 кгс и качестве 10 подъемную силу 10 000 кгс. То есть принципиально возможно сделать ЛА с взлетным весом несколько меньше 10 т. Пусть 9 т. Из них - 5 т (5000 кг) полезная нагрузка, а 4 т (4000 кг) - двигатель, конструкция, топливо. 1 тс подъемной силы - на взлет и набор высоты.
Крыло послужило неким "усилителем" или "редуктором" или "рычагом" - используя малую горизонтальную тягу и некоторую (немалую) скорость получаем значительно большую вертикальную подъемную силу.
Что про это говорит Ньютоновская механика?
Сила (тяги или подъемная) пропорциональна или равна импульсу, mV.
Один и тот же импульс можно получить, отбрасывая малую массу с большой скоростью, или большую массу, но с малой скоростью.
При создании тяги скорость отбрасываемой массы должна быть несколько больше скорости полета - по самой физике создания тяги.
При создании подъемной силы - то же самое, только скорость в данном случае - скорость набора высоты. Для ГП - горизонтального полета - масса может быть очень большая (она и на практике - большая) а скорость очень маленькая.
Двигатель самолета, двигаясь вместе с самолетом, со скоростью V1, отбрасывает назад массу рабочего тела со скоростью V2.
Потери в данном случае (V2-V1)**2/2- кинетическая энергия струи.
Крыло в горизонтальном полете, отбрасывая вниз массу воздуха, всю подводимую к нему энергию превращает в "потери", но они сильно зависят от величины скорости. с которой эта масса отбрасывается - поскольку скорость в кинетической энергии - в квадрате, а в импульсе - в первой степени.
Коротенькое крыло (небольшого размаха), малого удлинения, отбрасывает мало воздуха, но с большой скоростью и имеет весьма низкое качество.
Крыло большого размаха, большого удлинения отбрасывает большую массу воздуха, но с весьма малой скоростью и имеет высокое качество.
Что получили на Ан-72/74?
К подъемной силе крыла, которая есть большая масса воздуха, отбрасываемая с малой скоростью вниз, добавили часть силы реактивной струи, превратив ее в подъемную - отклонив струю вниз. Малая масса и большая скорость. Подъемной силы это добавило немного, а вот потерь - скорость ведь в квадрате - добавило много.
Так бы и ничего - ну и что, что потери, подъемная сила то возросла все равно?
Но она же не взялась из ничего - она появилась за счет уменьшения тяги. От горизонтальной тяги отняли некоторую часть и добавили ее к подъемной силе. И потеряли значительно больше - на величину АД качества - подъемную силу на крыле.
Прирост подъемной силы у Ан-72/74 за счет эффекта Коанда рассматривали изолировано (предположение автора), без учета снижения тяги за счет этого эффекта - и получали прирост на 5-7%, а в исходном варианте - даже выше. За счет снижения тяги - ситуация близкая к нулю - положительного эффекта нет, но и вреда особого - то же. За счет высокой тяговооруженности - около 0,4 - хорошей аэродинамики (чем всегда СССР славился), хорошей механизации и в целом грамотному конструированию самолет получился хороший. Несмотря на "эффект Коанда"...
Дальнейшее развитие.
Все это было осознано, хотя и особо не афишировалось, и дальнейшее развитие этого самолета вернулось на нормальную схему
Ан-74-86
"Разработка пассажирского самолёта Ан-74-68 началась в ОКБ им. О.К.Антонова в начале 90-х годов под руководством П.Балабуева. Рабочее проектирование самолёта, получившего новое обозначение Ан-148, началось в 2001 году. За основу конструкции был взят транспортный самолёт Ан-74ТК-300. Крыло спроектировано заново, увеличена длина фюзеляжа, применены двигатели Д-436 с изменённой конструкцией реверса. Изготовление первых 3 прототипов началось в Киеве в марте 2002 года. Подготовка к серийному производству началась в 2003 году на авиазаводах в Харькове и Воронеже. В сентябре 2004 года в Киеве было завершено изготовление первого прототипа. 17 декабря он впервые поднялся в небо с аэродрома Святошино (экипаж лётчика-испытателя Е.А.Галуненко). В апреле 2005 года к лётным испытаниям присоединился второй прототип. Испытания продолжались до 6 декабря 2006 года. Сертификат типа получен 26 февраля 2007 года. 1 октября 2009 года первый серийный Ан-148-100B передан авиакомпании "Россия". 21 декабря того же года выполнен первый рейс с пассажирами. Первый самолёт украинского производства передан 20 апреля 2010 года авиакомпании "Аэросвит".
Ан-148 построен по аэродинамической схеме свободнонесущего высокоплана с крылом умеренной стреловидности. Фюзеляж цельнометаллический типа полумонокок круглого сечения. Шасси убирающееся, трёхопорное с носовой стойкой. Силовая установка состоит из 2 ТРДД Д-436-148, расположенных на пилонах под крылом, и ВСУ АИ-450МС. Предусмотрена возможность установки двигателей CF34-10. Кабина экипажа оснащена ЖК-дисплеями. Система управления электродистанционная. Ресурс самолёта составляет 80000 лётных часов, календарный - 30 лет.
На июнь 2017 года построено 39 самолётов. Эксплуатируется авикомпаниями: "Авиалинии Антонова", "Ангара", "Полёт", АК "Россия" и СЛО "Россия". Изготовлены 10 самолётов (из 15) для МО РФ. 2 самолёта эксплуатируются в МЧС. 1 самолёт поставлен в КНДР."
Конец цитаты.
Почему такое (с эффектом Коанда) - получилось у столь грамотных специалистов?
Скорее всего (мнение автора) потому, что они были очень хорошие специалисты - но узкие специалисты. Хорошие аэродинамики - а Ньютоновскую физику задвинули далеко на "задворки памяти".
Прирост подъемной силы - хоть и небольшой - на крыле за счет эффекта Коанда - посчитали, продувки сделали - а уменьшение тяги двигателя из за отклонения струи - нет - она же уже вылетела из двигателя, что на нее смотреть?
Вполне возможны и какие либо другие причины того, что произошло - но даже в то время, когда я начинал учится в ХАИ, ( 1986 -1993 ), у наших преподавателей не было какого то единого мнения - кто то с жаром рассказывал про эффект Коанда, про его громадную роль, а кто то лишь грустно улыбался - "ну да, такой эффект есть..."