Rozpocznij — Unstart
W aerodynamice naddźwiękowej , brak startu odnosi się do generalnie gwałtownego załamania się naddźwiękowego przepływu powietrza. Zjawisko to występuje, gdy masowe natężenie przepływu zmienia się znacząco w kanale. Unikanie nieuruchamiania jest kluczowym celem przy projektowaniu wlotów powietrza do silnika (wloty US) samolotów naddźwiękowych, które poruszają się z prędkością przekraczającą 2,2 Macha.
Etymologia
Termin powstał podczas stosowania wczesnych tuneli aerodynamicznych naddźwiękowych . „Uruchamianie” naddźwiękowego tunelu aerodynamicznego to proces, w którym powietrze staje się naddźwiękowe; Rozpoczęcie tunelu aerodynamicznego jest procesem odwrotnym. Te fale uderzeniowe , które powstają podczas zapalania lub procesu unstart można uwidocznić Schlieren lub cieniową technik optycznych.
W wlotach silników lotniczych
Projekt niektórych wlotów powietrza do samolotów naddźwiękowych można porównać do konstrukcji naddźwiękowych tuneli aerodynamicznych i wymaga dokładnej analizy w celu uniknięcia niestartów. Przy wysokich prędkościach naddźwiękowych (zwykle między Mach 2 a 3), wloty z wewnętrzną kompresją są zaprojektowane tak, aby mieć przepływ naddźwiękowy za płaszczyzną wychwytywania wlotu powietrza. Jeżeli przepływ masowy przez płaszczyznę wychwytywania wlotu nie jest zgodny z przepływem masowym w silniku, wlot zostanie uruchomiony. Może to spowodować gwałtowną, przejściową utratę kontroli do czasu ponownego rozpoczęcia przyjmowania.
Niewiele samolotów, chociaż wiele pocisków z napędem strumieniowym, latało z wlotami, w których wewnątrz kanału wlotowego zachodzi kompresja naddźwiękowa. Te wloty, znane jako wloty mieszanej kompresji, mają zalety dla samolotów, które latają z prędkością Mach 2,2 i wyższą. Większość naddźwiękowych wlotów powietrza spręża powietrze zewnętrznie, więc nie uruchamia się, a zatem nie ma trybu rozruchu. Mieszane wloty sprężające mają początkową kompresję naddźwiękową na zewnątrz, a pozostałą część wewnątrz kanału. Na przykład wloty B-70 Valkyrie miały zewnętrzny współczynnik kompresji (cr) przy M3 3,5 i wewnętrzny Cr około 6,6, po którym nastąpiła dyfuzja poddźwiękowa. Lockheed SR-71 Blackbird i XB-70 Valkyrie było dobrze nagłośnione unstart zachowanie. Inne samoloty, które latały z wewnętrzną kompresją, to Vought F-8 Crusader III, pocisk manewrujący SSM-N-9 Regulus II i B-1 Lancer .
W przypadku Concorde rozważano częściową kompresję wewnętrzną (Komitet Samolotów Transportowych Naddźwiękowych w 1959 r. zalecił SST do przelotu z prędkością Mach 2,2), ale „wybrano konfigurację zewnętrzną ze względu na nieodłączną stabilność jego systemu amortyzującego, nie miał on trybu startu”. . Mimo że wystąpiło pewne wewnętrzne sprężanie zakończone normalnym wstrząsem w pobliżu szczeliny upustowej warstwy granicznej rampy wewnątrz wlotu, wlot był samokompensujący się aerodynamicznie bez śladu jakichkolwiek problemów z rozruchem. Na początku prac nad B-1 Lancer zmieniono mieszany wlot zewnętrzny/wewnętrzny na zewnętrzny, bezpieczniejszy technicznie, ale z niewielkim kompromisem w zakresie prędkości przelotowej. Następnie miał stałe wloty, aby zmniejszyć złożoność, wagę i koszty.
Prace z lat czterdziestych, na przykład Oswatitscha, wykazały, że kompresja naddźwiękowa w kanale, znana jako dyfuzor naddźwiękowy, staje się niezbędna w M2-3, aby zwiększyć odzyskiwanie ciśnienia w porównaniu z kompresją zewnętrzną. Gdy prędkość lotu wzrasta naddźwiękowo, system uderzeniowy jest początkowo zewnętrzny. W przypadku SR-71 było to około M1.6 do M1.8 i M2 dla XB-70. Mówi się, że spożycie nie zostało uruchomione. Dalszy wzrost prędkości wytwarza prędkości naddźwiękowe wewnątrz kanału z uderzeniem płaskim w pobliżu gardła. Mówi się, że spożycie zostało rozpoczęte. Zakłócenia w górę lub w dół, takie jak porywy/gradienty temperatury atmosferycznej i zmiany przepływu powietrza w silniku, zarówno zamierzone, jak i niezamierzone (powodowane wzrostem), mają tendencję do powodowania niemal natychmiastowego wyrzucenia wstrząsu. Wyrzucenie wstrząsu, znanego jako rozruch, powoduje, że cała naddźwiękowa kompresja odbywa się na zewnątrz poprzez pojedynczy wstrząs płaski. Wlot zmienił się w ułamku sekundy z najbardziej wydajnej konfiguracji, w której większość jego kompresji naddźwiękowej zachodzi wewnątrz kanału, do najmniej wydajnej, co pokazuje duża utrata odzyskiwania ciśnienia, z około 80% do około 20% przy prędkościach lotu M3 . Następuje duży spadek ciśnienia wlotowego i utrata ciągu wraz z chwilową utratą kontroli nad samolotem.
Nie należy mylić z nierozruchem, z jego dużą utratą ciśnienia w kanale, jest nadciśnienie w kanale wynikające z uderzenia młotem. Przy prędkościach poniżej początkowej prędkości wlotowej lub w samolotach z zewnętrznymi wlotami sprężającymi, skok silnika lub zgaśnięcie sprężarki może spowodować uderzenie młotkiem. Powyżej początkowej prędkości wlotowej, nieuruchomienie może powodować przeciągnięcia, w zależności od złożoności konstrukcji układu dolotowego. Hammershocks spowodował uszkodzenie wlotów. Na przykład północnoamerykański F-107 podczas lotu z dużą prędkością doświadczył gwałtownego wzrostu silnika, który wygiął rampy wlotowe. Concorde , podczas prób w locie rozwój, doświadczył znaczącego uszkodzenia jednej gondoli po oba silniki wzrosła.
Zamierzony
Kiedy w SR-71 doszło do niestartu, bardzo duży opór z nieuruchomionej gondoli powodował ekstremalne kołysanie/zbaczanie. Samolot miał procedurę automatycznego restartu, która równoważyła opór, uruchamiając drugi wlot. Ten wlot miał swój ogromny opór, z kolcem całkowicie wysuniętym do przodu, aby przechwycić falę uderzeniową przed wlotem.
Unikanie
Zwalnianie z M3 wymagało zmniejszenia ciągu, co mogło spowodować uruchomienie wlotu przy zmniejszonym przepływie powietrza w silniku. Procedura opadania SR-71 wykorzystywała przepływy obejściowe, aby zapewnić margines na rozruch, gdy przepływ silnika został zmniejszony.
Redukcja ciągu w XB-70 została osiągnięta poprzez utrzymanie stałego przepływu silnika przy 100% obr./min, nawet na biegu jałowym wybranym z przepustnicą. Było to znane jako „blokada obrotów”, a ciąg został zmniejszony poprzez zwiększenie powierzchni dyszy. Prędkość sprężarki była utrzymywana do momentu, gdy samolot zwolnił do M1,5.
Podstawy teoretyczne
Używając bardziej teoretycznej definicji, unstart jest naddźwiękowym zjawiskiem dławienia, które występuje w przewodach, w których przepływ masowy w górę jest większy niż przepływ masowy w dół. Niestabilny przepływ powoduje, że niedopasowanie przepływu masy nie może stopniowo rozprzestrzeniać się w górę, w przeciwieństwie do przepływu poddźwiękowego . Zamiast tego w przepływie naddźwiękowym niedopasowanie jest przenoszone za „normalną” lub końcową falę uderzeniową, która nagle powoduje, że przepływ gazu staje się poddźwiękowy. Powstała normalna fala uderzeniowa rozchodzi się następnie w górę z efektywną prędkością akustyczną, aż niedopasowanie przepływu osiągnie równowagę.
Istnieją inne sposoby konceptualizacji unstart, które mogą być pomocne. Rozruch można alternatywnie myśleć w kategoriach malejącego ciśnienia stagnacji wewnątrz kanału naddźwiękowego; przy czym górne ciśnienie stagnacji jest większe niż dolne ciśnienie stagnacji. Unstart jest również wynikiem zmniejszającego się rozmiaru gardła w przewodach naddźwiękowych. Oznacza to, że gardziel wlotowa jest większa niż gardziel dyfuzyjna. Ta zmiana rozmiaru gardzieli powoduje malejący przepływ masowy, który definiuje nieuruchomienie.
Reakcja zdławienia wywołana brakiem rozruchu powoduje powstanie fali uderzeniowej wewnątrz przewodu.
Niestabilność szoku lub szum
W pewnych warunkach fala uderzeniowa przed lub w kanale może być niestabilna i oscylować w górę iw dół. Zjawisko to znane jest jako buzz . Silniejsze fale uderzeniowe oddziałujące z płynem o niskim pędzie lub warstwą graniczną są zwykle niestabilne i powodują szum. Warunki brzęczenia mogą powodować uszkodzenia wywołane dynamiką konstrukcji, jeśli w projekcie nie zostaną uwzględnione odpowiednie marginesy.
