Innløpskonus - Inlet cone

Ikke forveksles med Shock diamant .
Image
Innløpskonus av en MiG-21MF

Innløpskon (noen ganger kalt støt kjegler eller innløps centerbodies ) er en komponent av en supersonisk fly og raketter. De brukes primært på ramjets , som D-21 Tagboard og Lockheed X-7 . Noen turbojetfly, inkludert Su-7 , MiG-21 , English Electric Lightning og SR-71 , bruker også en innløpskonus.

Hensikt

Hovedformålet med en innløpskegle er å redusere luftstrømmen fra supersonisk flyhastighet til en subsonisk hastighet før den kommer inn i motoren. Med unntak av scramjet- motorer, trenger alle luftpustende jetmotorer subsonisk luftstrøm for å fungere skikkelig, og krever en diffusor for å forhindre supersonisk luftstrøm inne i motoren. Ved supersoniske flyhastigheter dannes en konisk sjokkbølge, skrånende bakover, på toppen av kjeglen. Luft som passerer gjennom den koniske sjokkbølgen (og påfølgende refleksjoner) reduseres til lav supersonisk hastighet. Luften passerer deretter gjennom en sterk normal sjokkbølge, innenfor diffusorpassasjen, og går ut med en subsonisk hastighet. Det resulterende inntakssystemet er mer effektivt (når det gjelder trykkgjenvinning ) enn det mye enklere pitotinntaket .

Form

Innløpskeglen er formet slik at sjokkbølgen som dannes på toppunktet, er rettet mot leppen av inntaket; dette gjør at inntaket kan fungere skikkelig i supersonisk flyging. Når hastigheten øker, blir sjokkbølgen stadig mer skrå (kjeglen blir smalere). I det hele tatt bortsett fra de høyeste hastighetene, savner SR-71 sjokk kjeglen inntakets leppe.

For høyere flyhastigheter er innløpskegler designet for å bevege seg aksialt for å kontrollere hvordan fangstområdet varierer med kanalens indre halsområde. For best mulig inntaksdrift blir dette nødvendige arealforholdet større med økende fly-Mach-antall, derav den store innløpskeglebevegelsen på SR-71 som måtte yte godt fra lave hastigheter til Mach 3.2. På SR-71 beveger kjeglen / piggen / midtkroppen seg tilbake ved høyere hastigheter.

Operasjon

Ved subsoniske flyhastigheter fungerer det koniske innløpet omtrent som et pitotinntak eller en subsonisk diffusor. Imidlertid, når kjøretøyet går overlyd, vises en konisk sjokkbølge som kommer fra kjeglepunktet. Strømningsområdet gjennom sjokkbølgen avtar og luften komprimeres. Når Mach-tallet øker, blir den koniske sjokkbølgen mer skrå og til slutt påvirker inntakslippen.

For høyere flyhastigheter blir en kjegle i bevegelse nødvendig for å tillate at supersonisk kompresjon skjer mer effektivt over et bredere spekter av hastigheter. Med økende flyhastighet flyttes kjeglen bakover eller inn i inntaket. På grunn av formen på konusoverflaten og den indre kanaloverflaten blir det indre strømningsområdet mindre etter behov for å fortsette å komprimere luften supersonisk. Kompresjonen som forekommer i denne banen kalles "intern komprimering" (i motsetning til "ekstern komprimering" på kjeglen). Ved minimum strømningsområde, eller hals, oppstår et normalt eller plant sjokk. Strømningsområdet øker deretter for subsonisk kompresjon, eller diffusjon, opp til motorflaten.

Keglenes posisjon i inntaket blir vanligvis kontrollert automatisk for å holde flysjokkbølgen riktig plassert rett nedstrøms halsen. Visse omstendigheter kan føre til at sjokkbølgen blir utvist fra inntaket. Dette er kjent som en unstart .

Det grenselag på kjeglen blir strukket når den beveger seg opp konusen forhindre strømningsdeling , men for den indre kompresjon og subsonisk kompresjonsgrensesjiktet fremdeles har en tendens til å separere og vanligvis er suges gjennom små hull i veggen. Som en sidemerknad på aerospike-motoren blir grenselaget tykkere mot slutten av kjeglen etter behov for større hastighetsforskjell mellom luftmolekylene bare på overflaten av kjeglen og den fullstendig akselererte luftstrømmen.

Alternative former

Noen luftinntak har et bikonisk senterkropp ( MIG-21 ) for å danne to koniske sjokkbølger, begge fokusert på inntakets leppe. Dette forbedrer trykkgjenvinning. Noen fly ( F-104 , Mirage III ) bruker en semi-konisk senterkropp. Den F-111 har en kvart kjegle, som beveger seg aksialt, etterfulgt av en ekspanderende kjegle seksjon.

Concorde , Tu-144 , F-15 Eagle , MiG-25 Foxbat og A-5 Vigilante bruker såkalte 2D-inntak, der nacellen er rektangulær og en flat inntaksrampe erstatter de dobbelte kjeglene. Innløpsramper tillater feide innløpsdeksler ( F-22 Raptor , F-35 Lightning II ) for å unngå støt.

Noen andre supersoniske fly ( Eurofighter Typhoon ) bruker en variabel nedre kapsleppe for høy angrepsvinkel og et blødningssystem (porøs vegg) innlemmet på inntaksrampen for å lette stabilisering av sjokksystemet ved supersoniske Mach-tall. For å forbedre inntaksstrømmen (redusert forvrengning), dumpes luft via en inntaksavtappingsspalte på rampesiden nedstrøms inntaket. Rampen, som er skilt fra skroget av en avledning, gir et skrått støt for å redusere flyten. Forkant av splitterplaten som skiller de to inntakene, ligger nedstrøms for dette skrå støtet.

Minst en supersonisk og en subsonisk rampe brukes, men for forbedret forsegling kan flere supersoniske ramper brukes. Grenselaget (noe som det subsoniske pitotinnløpet unngår ved ekstern kompresjon) har en tendens til å skille seg, og det mindre grenselaget til rampeinnløpet er en fordel sammenlignet med innløpskeglen. For å unngå separasjon brukes virvelgeneratorer som blander grenselaget med den frie strømmen (eller grenselaget suges bort gjennom en porøs overflate, noe som fører til drag). Etter viften passerer motoren den varme, langsomme blandede luften, mens den raske, kalde luften leveres til motoren.

Etter motoren brukes den relativt kalde bypassluften som en isolasjon mellom motorens eksos og veggene. Igjen kan to ramper brukes til å danne en variabel supersonisk dyse . Ofte brukes et speilsymmetrisk oppsett med ramper på toppen og på bunnen.

Det er en mulighet for en stabil, sjokkfri overlyd til subsonisk overgang. Dette brukes i transoniske vinger og vil til slutt bety å sende luften inn i en sløyfe og danne en vortex. Da er det siste sjokket til subsonisk hastighet skrått med den subsoniske regionen som beveger seg fra utsiden av vortexen til innsiden.

Mange supersoniske fly ( F-16 Fighting Falcon ) dispenserer med den koniske senterkroppen og bruker et enkelt pitotinntak . Et frittliggende, sterkt normalt støt vises rett foran innløpet ved supersoniske flyhastigheter, noe som fører til dårlig trykkgjenoppretting.

Også NASA legger til et gap gjennom hele kompressoren. Supersonisk flyt hopper over det ved hjelp av ramper, mens subsonisk flyt er i stand til å snu og gå ut gjennom gapet. På denne måten er det lettere å fjerne en bod [1] . Det er også planer om å måle luften foran innløpet for å oppdage turbulens og justere inntaket i sanntid.

Ramjet

Når kompresjonen av innløpet stiger med hastighet, reduseres kompresjonen av det første kompressortrinnet tilsvarende. Den etterbrenner bak en turbin driver med en støkiometrisk blanding som en ramjet , men ved høyere trykk og således mer effektiv enn en ren ramjet. Det hevdes at et innløp ved Mach 3.5 produserer samme kompresjon (44: 1 [2] ) som hele kompressoren til en jetmotor med null hastighet, så turbinen bør omgåes da.

Liste over fly som bruker en innløpskonus

Se også

Referanser

  • Benson, T. (2004). Høyhastighets aerodynamikkindeks . Hentet 19. november 2004.
  • Eden, P. & Moeng, S. (2002). Moderne militærflyanatomi . Aerospace Publishing Ltd. ISBN   1-58663-684-7 .

Eksterne linker

Image Media relatert til innløpskegler på Wikimedia Commons