Эффект Мередита — это явление, при котором аэродинамическое сопротивление , создаваемое радиатором охлаждения, может быть компенсировано тщательной конструкцией охлаждающего канала таким образом, что полезная тяга создается за счет расширения горячего воздуха в канале. Эффект был обнаружен в 1930-х годах и стал более важным по мере увеличения скорости поршневых самолетов в течение следующего десятилетия.
Эффект Мередита возникает, когда воздух, проходящий через воздуховод, нагревается теплообменником или радиатором, содержащим горячую рабочую жидкость. Обычно жидкость представляет собой охлаждающую жидкость, переносящую отработанное тепло от двигателя внутреннего сгорания. [2]
Воздуховод должен двигаться со значительной скоростью относительно воздуха, чтобы возник эффект. Воздух, поступающий в воздуховод, встречает сопротивление лобового сопротивления от поверхности радиатора и сжимается из-за эффекта набегающего потока воздуха . Когда воздух проходит через радиатор, он нагревается , слегка повышая свою температуру и увеличивая свой объем. Затем горячий, сжатый воздух выходит через выпускной воздуховод, который имеет форму сходящегося, т. е. сужающегося к задней части. Это ускоряет воздух назад, а реакция этого ускорения на установку обеспечивает небольшую прямую тягу. [3] Воздух расширяется и снижает температуру по мере прохождения по воздуховоду, прежде чем выйти и присоединиться к внешнему воздушному потоку. Таким образом, достигаются три процесса открытого цикла Брайтона : сжатие, добавление тепла при постоянном давлении и расширение. Получаемая тяга зависит от соотношения давлений между внутренней и внешней частью воздуховода и температуры охлаждающей жидкости. [2] Более высокая температура кипения этиленгликоля по сравнению с водой позволяет воздуху достигать более высокой температуры, увеличивая удельную тягу.
Если генерируемая тяга меньше аэродинамического сопротивления воздуховодов и радиатора, то компоновка служит для уменьшения чистого аэродинамического сопротивления установки радиатора. Если генерируемая тяга превышает аэродинамическое сопротивление установки, то вся сборка вносит вклад в чистую прямую тягу транспортного средства.
Эффект Мередита вдохновил раннюю американскую работу над аэротермодинамическим каналом или прямоточным воздушно-реактивным двигателем из-за схожести их принципов работы. [2] В более позднее время это явление было использовано в гоночных автомобилях путем установки радиаторов охлаждения двигателя в туннелях. [4]
FW Meredith был британским инженером, работавшим в Королевском авиационном учреждении (RAE), Фарнборо . Размышляя о принципах жидкостного охлаждения, он понял, что то, что традиционно считалось отходящим теплом, которое должно было передаваться в атмосферу охлаждающей жидкостью в радиаторе, не должно теряться. Тепло добавляет энергию воздушному потоку, и при тщательном проектировании это может быть использовано для создания тяги. Работа была опубликована в 1936 году. [3]
Это явление стало известно как «эффект Мередита» и было быстро принято конструкторами прототипов истребителей, которые тогда находились в разработке, включая Supermarine Spitfire и Hawker Hurricane, чей двигатель Rolls-Royce PV-12, позже названный Merlin , охлаждался этиленгликолем. Ранний пример радиатора с эффектом Мередита был включен в конструкцию Spitfire для первого полета прототипа 5 марта 1936 года. [5]
Многие инженеры не понимали принципов работы этого эффекта. Распространенной ошибкой была идея, что радиальный двигатель с воздушным охлаждением принесет наибольшую пользу, поскольку его ребра нагревались сильнее, чем радиатор двигателя с жидкостным охлаждением, и эта ошибка сохранялась даже в 1949 году. [2]