Powetrzne szczotki o wielkich inspiracjach

Strumienie zmiatające (ang. sweeping jet) to naprawdę śmieszna nazwa dla zjawiska, które chciałbym opisać. Ja osobiście wole myśleć o nich jako o strumieniach trzepoczących ponieważ strumienie te trzepoczą niczym skrzydła motyla. Zresztą strumienie te nazywa się czasami flipping jet co można tłumaczyć jako strumień przerzucający lub trzepiący(?). Strumieni te powstają w naprawdę ciekawych urządzeniach, które nazywają się oscylatorami płynowymi.

Oscylatory płynowe

Oscylatory płynowe to urządzenia, które wykorzystując właściwości i pewne specyficzne zachowywanie się płynów zmieniają strumień ciągły na strumień pulsujący lub trzepoczący. Urządzenia te nie posiadają ruchomych części, a o ich typach i konstrukcjach można by napisać rodziła w książce. Istnieją oscylatory z dwoma lub jednym wyjściem, z dodatnią lub ujemną pętlą sprzężenia zwrotnego, z komorami wirowymi (takie wykorzystuje się do generowania mikrobąbli) i wiele innych. My skupmy się na ich podstawowym, zdaje się najprostszym typie i postarajmy się zrozumieć jako one działają. 

Zasada działania oscylatora z pętlą sprzężenia zwrotnego: a) przylgnięcie strumienia głównego do ściany komory roboczej; b) wypływ strumienia głównego; c) odepchnięcie strumienia głównego od ściany komory roboczej; d) przełączenie strumienia głównego i przylgnięcie do przeciwległej ściany; e) rozpoczęcie kolejnego cyklu pracy

Grafika przedstawiająca działanie oscylatora
[ http://www.think-dash.com/2015/11/a-fluidic-oscillator-is-device-with-no.html ]

Oscylator zasilany jest przez wlot za pomocą strumienia ciągłego np. takiego ze sprężarki. Strumień taki przepływa do komory głównej i w skutek efektu Coandy (to mój ulubiony efekt, który na pewno zostanie opisany w osobnym wpisie) przylega do jednej ze ścian komory i przepływa dalej do miejsca gdzie komora się rozdwaja na wylot i pętle sprzężenia zwrotnego. Większość strumienia wypływa z oscylatora jednak część przepław pętlą na początek komory i odpycha strumień na drugą stronę komory. Cykl ten się powtarza, a strumień przepływa sobie raz po jednej, a raz po drugie stronie komory tworząc jednocześnie efekt trzepotania na wylocie oscylatora. I to wszystko bez ruchomych części.

Dobra, ale co dalej? Gdzie takie urządzenia znajdują zastosowanie? Wymieniać można by długo bo np. w urządzeniach pomiarowych, w turbinach wiatrowych, a nawet w konstrukcji młota pneumatycznego. Jednak najciekawsze co można to powiedzieć to ecoDemonstrator. ecoDemonstrator to projekt Boeinga, w którym firma testuje różne rozwiązania mogące pozytywnie wpłynąć na środowisko. W 2015r. firma zamontowała na stateczniku modelu 757 aż 31 odpowiednio ze sobą połączonych oscylatorów. Badania przeprowadzono w tunelu aerodynamicznym NASA oraz na prawdziwym samolocie, który wykonał kilkanaście lotów. Badania pokazały, że zastosowanie takich oscylatorów zwiększyło siłę boczną od 20-30%, co z kolei pozwoliło na zmniejszenie statecznika o 17%, co z kolei przełożyło się o zmniejszenie zużycia paliwa o 0,5%!!

Czy to dużo? Może i nie, ale jeżeli przypomnimy sobie, że samolot pasażerski spala średnio 5ton paliwa na 1000km wtedy okazuje się, że 0,5% to aż 25 tys. litrów. Czyli może jednak jest się z czego cieszyć? Nie wiem jak wy, ale ja chciałbym dostać taki bon do Orlenu…

Literatura i ciekawe artykuły:

1. Zastosowanie oscylatorów w projekcie ecoDemonstrator - https://www.nasa.gov/aero/nasa-tests-green-aviation-technology-on-boeing-ecodemonstrator.html