تأثير تصميمات المقتنيات الجوية على كفاءة رامجيت

إن كفاءة محرك الهرم ترتبط أساساً بنوعية الهواء الناموسومية لنظامه الهوائي، بخلاف المحركات القائمة على التربين، يعتمد الهرم كلياً على الحركة الأمامية، و الهندسة التي يقوم بها لضغط الهواء الوافد قبل الاحتراق، وهذه العملية المعروفة باسم " الضغط الاصطناعي " ، تُملي على الحد الأدنى من استهلاك الوقود المتحرك، وضغط التدفق الأمثل.

الدور الأساسي للمستقبل في دورة رمجيت

A ramjet operates on the Brayton cycle, but without the rotating machine - the compressor and turbine-found in turbojets. The intake must perform the compression work by converting the kinetic energy of the high-speed freestream air into pressure energy. this is achieved by decelerating the supersonic flow through a system of shock waves.[Ftagor pressure process]

في حالة ارتفاع الأداء، فإنّ المُدخل ليس فقط قناة، بل هو أكثر المكونات إلهائية حرجة للمحرك، بل يجب أن يُوفّر نسبة الضغط اللازمة لإدامة الاحتراق، مع التقليل من السحب الخارجي وتشوه التدفق الداخلي، وخيارات التصميم التي أُجريت هنا تُحدّد الحدّ الأقصى لأداء نظام الدفع بأكمله، ودرجة الازدهار السيئة المصممة ستُضيء في محرك الهواء

Aerodynamics of Compression: The Shock System

وعندما يقترب الهواء من خطف مركب بالسرعة الخارقة، يجب تباطؤه إلى السرعة دون الصوتية قبل دخول غرفة الاحتراق، ويتم هذا التباطؤ من خلال موجات الصدمة، وتؤثر طبيعة هذه الصدمات - سواء كانت طبيعية أو غير عادية - على الكفاءة.

Normal vs. Oblique Shocks

A single normal shock] in front of a simple paot intake is the most straightforward method of compression, but it is also the most lossy. At Mach 3, a single normal shock will reduce total pressure by more than 50%. because driven is directly proportional to total pressure recovery, such a system is cripplingly inefficient for high-FTed flight].

وتولد الصدمات البالية عن طريق تحويل التدفق، عادةً عن الحطب الحاد أو القوس، وهذه الصدمات أضعف من الصدمة الطبيعية لرقم معين من فصيلة ماتش، مما يعني أنها تسبب انخفاضاً في الضغط الكلي، ويدفع التدفق الصوتي المصمم جيداً من خلال سلسلة من هذه الصدمات البغيضة، ويقلل كل صدمة قليلاً من عدد التدفق ويزيد الضغط.

تصميم قطار شوك

إن التحكم في موقع هذه الصدمات وقوامها هو التحدي الرئيسي لتصميم الاستيعاب، ويجب أن يكون نظام الصدمات مثبتا ومستقرا، وإذا كانت الصدمة العادية في المحطة بعيدة جدا (خارج القناة)، فإنه يخلق جراً متسرباً ويقلل من التدفق الجماعي المأخوذ، وإذا كان موقعها مرتفعاً جداً (داخل القناة)، فإنه يمكن أن يتفاعل مع طبقة الحدود، مما يؤدي إلى حدوث صدمات محتملة.

تصنيف تصميمات شركة رامجيت

وتصنف المقبوضات على نطاق واسع عندما تحدث أغلبية الضغط الصوتي بالمقارنة بشفة قشرة القناة، ويعرض كل هيكل مبادلات مختلفة فيما يتعلق بالتعقيد والوزن والكفاءة.

إيرادات الضغط الخارجي

وفي متناول خارجي للضغط، تقع جميع موجات الصدمات خارج القناة، وتباطؤ التدفق إلى السرعة دون الصوتية قبل الوصول إلى شفة البقر، والمثال الكلاسيكي هو ] جهاز استيعاب مركزي للمسح الضوئي ، حيث يولد ارتفاع حرارة محرك متطورة من طراز MBIKS-71 تستخدم محركا متطورا من طراز J58.

أما المقبوضات الخارجية للضغط فهي قوية نسبيا وأقل عرضة للكشف عن أنواع أخرى، مما يجعلها جذابة في التطبيقات التي تتطلب قدرا كبيرا من الموثوقية، غير أنها تميل إلى زيادة الجاذبية وأكبر من المناطق الجبهية، وتصبح العقوبات ذات الأهمية في ارتفاع أعداد الماتش (Mach 4+).

مدخلات الضغط المختلطة

وبالنسبة لأرقام ماك الأعلى (من 4 إلى 6 إلى ماتش) فإن المقبوضات المختلطة ضرورية عادة، وهذه المقبوضات تقسم عبء العمل المضغوط: فالصدمات البالية الأولى تولد خارجيا، بينما يقيم نظام الصدمات الطرفي داخل القناة، ويتيح هذا التشكيل مزيدا من مراحل الضغط مع انخفاض معدل الجر عموما، مما يؤدي إلى أعلى قدر ممكن من استعادة الضغط الكلي.

غير أن تصميمات الضغط المختلطة غير مستقرة في جوهرها، ونظام الصدمات الداخلية شديد الحساسية إزاء الاضطرابات، مثل التغيرات في زاوية الهجوم، أو تقلبات الضغط في المحرقة، أو نمو طبقة الحدود، وإذا ما استغلت الصدمات العادية في القناة، فإنه يمكن أن يعطل كامل ميدان الضغط المستقر، مما يؤدي إلى حدوث خسارة طفيفة في التدفق السريع([FLT:])(أ)

ثلاثية الأبعاد (3D) و(Bump Inlets)

وقد أدت التطورات في ديناميات السوائل المحوسبة وتصميمها للسرقة إلى ثلاث دفاتر، بينما تستخدم " القفز " أو " الطول الخارق " (DSI) سطحا معقدا من 3D يتجه إلى المجرى الحر، ويولد موجة صدمات مخففة، وهي تبدو وكأنها خمر، ولكنها مصممة لتحوّل طبقة الحدود المنخفضة الطاقة بعيدا عن القناة.

الخلية التشغيلية الحرجة والقابلية للاستمرار

إن الاستقرار التشغيلي للمركبة الهرمية مشكلة دينامية معقدة، ويجب على المصممين أن يتنافسوا مع عدة ظواهر يمكن أن تتدهور الأداء أو تتسبب في فشل المحرك.

Inlet Unstart

وكما ذكر، فإن عدم البدء هو أكثر طريقة الفشل حرجاً، إذ يحدث عندما يطرد نظام الصدمات الداخلية من القناة، ويمكن أن يكون السبب تغيراً مفاجئاً في الضغط الخلفي (مثلاً، وجود نيران أو صمامات تساقط)، وهو زاوية عالية من الهجوم تُضلل التدفق أو الفصل المفرط في طبقة الحدود داخل القناة، ونتيجة لذلك انخفاض مفاجئ في كل من التدفق الجوي المأخوذ به.

تفاعل بين شركة شوك - باوندي (SWBLI)

ومن بين أكثر التحديات انتشاراً في تصميمات الاستيعاب السطحي التفاعل بين موجات الصدمة وطبقة الحدود المتأصلة، وعندما تصطدم موجة الصدمة بطبقة الحدود، فإنها تفرض درجة ضغط سلبية يمكن أن تسبب في تسمّم طبقة الحدود المنخفضة الطاقة أو الاضطرابات، وهذا الفصل يسبب تشوهات في التدفق وعدم القدرة على التحمل يمكن أن يؤدي إلى حدوث تضخم في المحركات.

الازدهار وتدفق العجز

إن القذف هو تذبذب شديد التردد لنظام الصدمة، ويحدث عادة عندما يعمل المقبض في حالة " دون حرجية " ، حيث تُوضع الصدمة الطرفية بشكل طفيف خارج القناة، ويمكن أن يُدفع الحد من الارتداد إلى حلقة من الارتداد: تسرب الأنهار حول شفاه الأبقار، وتغيير المنطقة الفعالة، مما يؤدي إلى تغيير نمط الارتداد.

التحديات المادية والحرارية

وفي سرعة عالية من الحروف السطحية وسرعات ضغط الدم، يصبح التدفئة الحركية في هيكل الاستيعاب عاملا حاسما في التصميم، وفي المتش ٤، يمكن أن تتجاوز درجات الحرارة الركود عند الطرف المتلقي الرئيسي ٦٠٠ درجة مئوية. وفي المتش ٦، يمكن أن تتجاوز هذه الظروف ١٥٠٠ درجة مئوية.

(أ) الحماية الحرارية [FLT: 1] ضرورية، وغالباً ما تُبنى الحواف الرئيسية من المحاور العالية الحرارة مثل الإكونيل أو التيتانيوم، ولكن بالنسبة للرحلة المستمرة من الزبد، أو تركيبات المصفوفة الخزفية أو المعادن المكسورة، ويجب أن يكون هيكل المتناول نفسه متوافقاً مع تصميمات وقودية حرارية عالية.

المستقبل: مداخلات لـ (سرامجيتس) و(دوال مودي رامجيتس)

ويتجه تطور تكنولوجيا الهرم إلى استمرار التحليق فوق الصوتي باستخدام أجهزة الترميم (الترامجات الاحتراقية الصوتية) والهرم المزدوج الحركة التي يمكن أن تنتقل من الاحتراق دون الصوتي إلى الاحتراق الصوتي، بل إن متطلبات الاستيعاب لهذه النظم هي أكثر طلبا.

قسم المعسر

وفي هرم تقليدي، يضغط المركب الهواء على السرعة دون الصوتية، وفي مظلة، يظل تدفق الحرق عبر المحرقة سطحيا، حيث إن المركب المشرف على المركبة هو جهاز " الحرق " ، ويحتوي على جهاز " التخميد " (FLT:0) " () " ، ويمنع هذا القسم من التعبئة المستمرة أو من الصدمة التقريبية.

Variable Geometry for Wide Mach Ranges

وتحتاج مركبات التهوية الفائقة السرعة في المستقبل، مثل برنامج ماهيم (FLT:0) التابع لرابطة الطيران الدولي، إلى تشغيل عبر نطاق واسع جداً من الماك (مثلاً، ماتش 2 إلى 8+)، وهذا يتطلب تصميمات شديدة التطور، كما يجب أن تُستكشف مقابر الهندسة المتغيرة، وترجمة الأبقار، ونسبة الموازنة بين الحلق، بحيث تُستشفى

وتتطلب مطالب التحليق فوق الصوتي مواد جديدة وتقنيات تصنيع، ويجري حاليا تطوير الحواف الرئيسية للشركة، والخطوط المتطورة العالية الحرارة، والهياكل المصممة للدبابات، وذلك لتحمل الحمولات الحرارية والميكانيكية القصوى، ويصبح دمج الحاسوب الجوي والمدخل كاملا، حيث كثيرا ما يكون الجسم الكامل للسيارة هو السطح المضغوط الأول.

خاتمة

والمدخل الجوي هو العنصر المحدد لمحرك الهرم، الذي يؤدي أعمال الضغط الحيوية التي تتيح استمرار التحليق السريع، وينظم تصميمه استعادة الضغط الكلي، ونتاج الدفع، وكفاءة الوقود، والاستقرار التشغيلي، ويتبع تطور الأداء العالي السرعة من الضغط الخارجي البسيط القوي للقذائف المبكرة إلى نظم الضغط المعقدة الشديدة الكفاءة والمختلطة جدا للمركبات الصوتية، ويتبع تطور المتناول مباشرة تطور الأداء العالي السرعة.

إن ماجستير في الديناميات الهوائية لموجات الصدمات، والتخفيف من تفاعلات طبقة الحدود، وإدارة الأحمال الحرارية القصوى، هي التحديات الرئيسية التي يجب التغلب عليها بالنسبة لمصممي المستخلصات، وحيث أن العالم يقترب من الطائرات الثابتة الصوتية العملية القابلة لإعادة الاستخدام، فإن الابتكارات في تصميمات الاستيعاب تشمل قياسات جغرافية متغيرة، ومواد متقدمة، ومراقبة تدفق نشطة تحدد الجيل القادم من قدرة التصريف.