Annulla avvio - Unstart
In aerodinamica supersonica , un unstart si riferisce ad una composizione generalmente violenta del flusso d'aria supersonico. Il fenomeno si verifica quando la portata massica cambia in modo significativo all'interno di un condotto. Evitare gli avvii è un obiettivo chiave nella progettazione delle prese d'aria del motore (inlet US) di velivoli supersonici che viaggiano a velocità superiori a Mach 2.2.
Etimologia
Il termine ha avuto origine durante l'uso delle prime gallerie del vento supersoniche . “Avviare” la galleria del vento supersonica è il processo in cui l'aria diventa supersonica; l'avvio della galleria del vento è il processo inverso. Le onde d'urto che si sviluppano durante il processo di avvio o di annullamento possono essere visualizzate con tecniche ottiche schlieren o shadowgraph .
Nelle prese dei motori degli aerei
La progettazione di alcune prese d'aria per velivoli supersonici può essere paragonata a quella delle gallerie del vento supersoniche e richiede un'attenta analisi per evitare sbandamenti. Ad alte velocità supersoniche (di solito tra Mach 2 e 3), le prese d'aria con compressione interna sono progettate per avere un flusso supersonico a valle del piano di cattura della presa d'aria. Se il flusso di massa attraverso il piano di cattura dell'aspirazione non corrisponde al flusso di massa a valle del motore, l'aspirazione si disattiverà. Ciò può causare una violenta e temporanea perdita di controllo fino al riavvio dell'assunzione.
Pochi velivoli, sebbene molti missili a propulsione ramjet, hanno volato con prese che hanno una compressione supersonica che avviene all'interno del condotto di aspirazione. Queste prese, note come prese a compressione mista, presentano vantaggi per gli aerei che navigano a Mach 2.2 e oltre. La maggior parte delle prese d'aria supersoniche comprimono l'aria esternamente, quindi non si avviano e quindi non hanno una modalità di riavvio. Le prese a compressione mista hanno la compressione supersonica iniziale all'esterno e la restante all'interno del condotto. Ad esempio, le prese sul B-70 Valkyrie avevano un rapporto di compressione esterno (cr) a M3 di 3,5 e cr interno di circa 6,6, seguito da diffusione subsonica. Il Lockheed SR-71 Blackbird e l' XB-70 Valkyrie avevano un comportamento di partenza ben pubblicizzato. Altri velivoli che hanno volato con compressione interna includono il Vought F-8 Crusader III, il missile da crociera SSM-N-9 Regulus II e il B-1 Lancer .
Per il Concorde fu considerata una compressione interna parziale (il Supersonic Transport Aircraft Committee, nel 1959, aveva raccomandato un SST per navigare a Mach 2.2) ma una "configurazione esterna fu scelta per la stabilità intrinseca del suo sistema di ammortizzatori, non aveva modalità di avviamento" . Anche se c'era una certa compressione interna terminata da un normale shock locale alla fessura di spurgo dello strato limite della rampa all'interno dell'aspirazione, l'aspirazione era aerodinamicamente autocompensante senza traccia di alcun problema di avviamento. All'inizio dello sviluppo del B-1 Lancer, la sua presa mista esterna/interna è stata cambiata con una esterna, tecnicamente più sicura ma con un piccolo compromesso nella velocità di crociera. Successivamente ha avuto assunzioni fisse per ridurre complessità, peso e costi.
Il lavoro degli anni '40, ad esempio di Oswatitsch, ha mostrato che la compressione supersonica all'interno di un condotto, noto come diffusore supersonico, diventa necessaria in M2-3 per aumentare il recupero di pressione rispetto a quello ottenibile con la compressione esterna. Quando la velocità di volo aumenta in modo supersonico, il sistema d'urto è inizialmente esterno. Per l'SR-71 questo era fino a circa M1.6 a M1.8 e M2 per l'XB-70. Si dice che l'assunzione non è iniziata. Un ulteriore aumento della velocità produce velocità supersoniche all'interno del condotto con uno shock aereo vicino alla gola. Si dice che l'assunzione sia iniziata. I disturbi a monte oa valle, come raffiche di vento/gradienti di temperatura atmosferica e variazioni del flusso d'aria del motore, sia intenzionali che non intenzionali (dalle sovratensioni), tendono a provocare l'espulsione quasi istantanea dell'ammortizzatore. L'espulsione dell'urto, nota come unstart, fa sì che tutta la compressione supersonica avvenga esternamente attraverso un singolo urto piano. L'aspirazione è cambiata in una frazione di secondo dalla sua configurazione più efficiente con la maggior parte della sua compressione supersonica che si svolge all'interno del condotto alla meno efficiente, come mostrato dalla grande perdita nel recupero di pressione, da circa l'80% a circa il 20% a velocità di volo M3 . C'è un forte calo della pressione di aspirazione e una perdita di spinta insieme a una temporanea perdita di controllo dell'aeromobile.
Da non confondere con un unstart, con la sua grande perdita di pressione nel condotto, è la sovrapressione del condotto risultante da un colpo di martello. A velocità inferiori alla velocità iniziale di aspirazione, o su aeromobili con prese di compressione esterne, l'aumento del motore o lo stallo del compressore possono causare uno shock da martello. Al di sopra della velocità iniziale di aspirazione, gli unstart possono causare stalli a seconda della complessità del progetto dei sistemi di aspirazione. Gli Hammershocks hanno causato danni alle prese. Ad esempio, l' F-107 nordamericano durante il volo ad alta velocità ha subito un aumento del motore che ha piegato le rampe di aspirazione. Il Concorde , durante i test di volo di sviluppo, ha subito danni significativi a una navicella dopo che entrambi i motori si sono alzati.
Intenzionale
Quando si verificava una mancata partenza sull'SR-71, una quantità molto elevata di resistenza dalla gondola non avviata causava un rollio/imbardata estremi. Il velivolo aveva una procedura di riavvio automatico che bilanciava la resistenza disattivando l'altra aspirazione. Questa presa aveva la sua tremenda quantità di resistenza, con la punta completamente in avanti per catturare l'onda d'urto davanti alla presa.
Evitare
La decelerazione da M3 richiedeva una riduzione della spinta che poteva disinnescare un'aspirazione con il flusso d'aria del motore ridotto. La procedura di discesa dell'SR-71 utilizzava flussi di bypass per fornire un margine di riavvio quando il flusso del motore veniva ridotto.
La riduzione della spinta sull'XB-70 è stata ottenuta mantenendo il flusso del motore stabile al 100% del numero di giri anche con il minimo selezionato con l'acceleratore. Questo era noto come "blocco giri/min" e la spinta veniva ridotta aumentando l'area dell'ugello. La velocità del compressore è stata mantenuta fino a quando l'aereo non ha rallentato a M1.5.
Base teorica
Usando una definizione più teorica, unstart è il fenomeno di soffocamento supersonico che si verifica nei condotti con un flusso di massa a monte maggiore del flusso di massa a valle. Il flusso instabile risulta in quanto il disadattamento nel flusso di massa non può propagarsi gradualmente a monte in contrasto con il flusso subsonico . Invece, nel flusso supersonico, il disadattamento viene portato avanti dietro un'onda d'urto "normale" o terminale che fa improvvisamente diventare subsonico il flusso di gas. L'onda d'urto normale risultante si propaga quindi a monte ad una velocità acustica effettiva fino a quando il disallineamento del flusso raggiunge l'equilibrio.
Esistono altri modi per concettualizzare unstart che possono essere utili. Unstart può essere alternativamente pensato in termini di pressione di ristagno decrescente all'interno di un condotto supersonico; per cui la pressione di ristagno a monte è maggiore della pressione di ristagno a valle. Unstart è anche il risultato di una riduzione delle dimensioni della gola nei dotti supersonici. Cioè la gola di ingresso è più grande della gola di diffusione. Questo cambiamento nella dimensione della gola dà origine al flusso di massa decrescente che definisce unstart.
La reazione di soffocamento di unstart provoca la formazione di un'onda d'urto all'interno del condotto.
Instabilità o ronzio da shock
In determinate condizioni, l'onda d'urto davanti o all'interno di un condotto può essere instabile e oscillare a monte ea valle. Questo fenomeno è noto come ronzio . Le onde d'urto più forti che interagiscono con il fluido a basso impulso o lo strato limite tendono ad essere instabili e causano ronzio. Le condizioni di ronzio possono causare cedimenti indotti dalla dinamica strutturale se non vengono incorporati margini adeguati nella progettazione.
