مقدمة: المهندس الخارق وتحدي واح شوك

فالرمجيتس يمثل فئة من محركات الطائرات التي تعمل بأقصى قدر من الكفاءة في السرعة الخارقة، وعلى عكس التربوجات، لا توجد لديها أي ضغط تناوبي؛ بل إنها تعتمد كليا على الحركة الأمامية للسيارة لضغط الهواء الوافد، وهذا الضغط يتم من خلال خط مصمم بعناية يبطئ التدفق السطحي إلى السرعة الخفية قبل حدوث الحرق.

ما هي موجات شوك؟

إن موجة الصدمة هي اضطرابات تبعث على الركب تتسارع من سرعة الصوت المحلي في السوائل، وعندما يتحول الجسم، مثل الطائرة أو محرك، إلى سرعة سطحية، لا يمكن تحذير الهواء الذي يسبقها من نهجها من موجات الضغط العادية، بل إن اضطرابات الضغط تستمر في مواجهة موجة حادة، وهي موجة الصدمة، وتتغير خصائص التدفق تقريبا في الوقت الراهن.

وهناك عدة أنواع من موجات الصدمات ذات صلة بعملية الهرم:

  • Normal Shock Waves — Occur perpendicular to the flow direction, they cause a large drop in Mach number (from supersonic to subsonic) and a significant increase in static pressure and temperature. Normal shocks are generally associated with higher total pressure losses, which reduce motor efficiency.
  • Oblique Shock Waves ] - Form at an angle to the incoming flow, they are weaker than normal shocks for a given upstream Mach number, meaning lower total pressure losses. Oblique shocks turn the flow and compress it, making them preferable in ramjet inlets to reduce drag and improve compression.
  • Bow Shock Waves ] — Detached shock waves that form ahead of a blunt body. At high Mach numbers, a whow shock stands off the inlet lip, causing substantial total pressure loss if not carefully managed.

ويتوقف تكوين موجة صدمة على عدد الماتش، ومقياس الجسم، وظروف التدفق، وفي المداخل الهرمية، يحدد تصميم أسطح الضغط ما إذا كانت الصدمات مُعلقة (السودية) أو مُنفصلة (الطبيعية أو القوس) والهدف هو تحقيق سلسلة من الصدمات الببليكية التي تبطئ تدريجياً من تدفق الهواء بأقل قدر من الخسائر في الضغط.

الفيزياء خلف موجات شوك

قوانين الحفظ ومعادلات الراكين - هونغونوت

وتنظم موجات الأحذية حفظ الكتلة والزخم والطاقة عبر التفكك، وتفضي هذه القوانين، بالنسبة لموجة الصدمة الثابتة، إلى معادلة Rankine-Hugoniot ، التي تتعلق بالظروف السائدة في أعلى المجرى (المحاضر الفرعي 1) وفي أسفل المجرى (المحاضر 2) للصدمة:

  • Mass: responsibilities1u1 = responsibilities2u2
  • Momentum: p1 + responsibilities1u12 = p2 + che2u22
  • الطاقة: ح 1 + (1/2)/12 = ح 2 + (1/2)u22

حيث تكون الكثافة، والضغط، والضغط، و(ح) هو نسخة محددة، ويمكن التعبير عن المعادلات من حيث عدد الماك في أعلى المجرى م1، وبالنسبة للصدمة العادية، فإن عدد الماتش في المجرى السفلي M2 هو دائما أقل من اللازم، كما أن نسبة الضغط من 2 إلى 1 مع ارتفاع درجة الحرارة في المتوسط، قد تصبح أيضا حادة عند ارتفاع عدد الماتش، بالنسبة لمثال.

"أحمق"

إن موجات الأحذية ظاهرة تتدفق بشكل مكثف، وفي التدفق دون الصوتي، ترتفع اضطرابات الضغط بسرعة الصوت، مما يسمح بالتدفق بالتكيف تدريجيا، وفي التدفق فوق الصوتي، لا يمكن للاضطرابات أن تطفو في المجرى، وبالتالي يجب أن تتغير التدفق فجأة عبر صدمة، وتتميز قوة الصدمة بنسبة الضغط في أسفل التيار إلى أعلى مستوى، وترتبط مباشرة برقم المحركات الأعلى، وتتسبب الصدمات في حدوث زيادة كبيرة في التصاميم.

عدد وواح شوك أنغل

وفيما يتعلق بالصدمات البالية، فإن زاوية الصدمة (بيتا) وزاوية انحراف التدفق (الخاصة) ترتبط بالمعادلة التالية المستمدة من قوانين الحفظ:

tan(do) = 2 cot(ß) * (M12 sin2ß - 1) / (M12 (ga + cos(ß) + 2)

حيث تكون غاما نسبة حرارات محددة، ففي حالة ما من درجة الحرارة 1 ودرجة الطول، هناك حلان محتملان للصدمة: صدمة ضعيفة مع بيتا أصغر حجماً وصدمة أقوى مع حزام أكبر من بيتا، وعادة ما تعمل كتيبات رمجيت على فرع الصدمات الضعيفة لتقليل الخسائر إلى أدنى حد، والزاوية القصوى الممكنة لفك الصدمة قبل أن تُفصل هي مظلة تصميم رئيسية.

For further reading on the fundamentals of shock waves, the NASA Glenn Research Center page on shock waves] provides an excellent overview.

موجات شوك في رامجيتس

دور المعهد

In a ramjet, the inlet (or diffuser) is responsible for decelerating the incoming supersonic air to subsonic speeds before it enters the combustion chamber. This deceleration is achieved by creating a system of shock waves. The Class ramjet inlet uses a central spike or a set of ramps to generate oblique shocks that compress and slow the last flowl

ومن بين التصميمات الأكثر كفاءة ]الإطار الترددي: صفر[[ ]الإطار المضغوط[ ]الإطار: ١[[، حيث يحدث بعض الضغط الصدمة داخليا داخل القناة، مما يقلل من جر السكاب ويحسن استعادة الضغط الكلي، ولكنه يتطلب صدمة دقيقة لتفادي الكسر - وهو وضع يطرد فيه من الدمج، ويقلل بشدة من التدفق الجوي وسلسلة الصدمات.

Normal vs. Oblique Shocks in Inlet Design

ومن شأن صدمة طبيعية واحدة في الخزينة أن توفر الضغط، ولكن في أعداد كبيرة من الماكات، يصبح فقدان الضغط الكلي كبيراً بشكل قاطع، ففي حالة M1 = 3 مثلاً، تؤدي الصدمة العادية إلى خفض الضغط الكلي بنسبة 65 في المائة، وعلى النقيض من ذلك، يمكن لنظام الصدمات الببليوغرافية أن يحقق نسبة ضغط مماثلة مع استعادة الضغط الكلي لما يزيد على 90 في المائة، وهذا هو السبب في أن تصيب الزهرات الارتفاعية المتعددة بصدمات المتوهبة، مجتمعة في بعض الأحيان.

غير أن الصدمات البنفسجية لا يمكن أن تُحدث التدفق إلا بسرعة دون حدود؛ ولا تزال هناك حاجة إلى صدمة طبيعية كالمرحلة النهائية، والمفتاح هو تخفيض عدد الماك الذي يدخل الصدمة الطبيعية إلى قيمة سطحية منخفضة (مثل 1.3 إلى 1.5) بحيث تكون الصدمة الطبيعية ضعيفة، كما أن إجمالي فقدان الضغط فيها صغير.

تفاعل مركب الموجة الأمامية

وثمة تحد إضافي في المنجمات الهرمية هو التفاعل بين موجات الصدمات وطبقة الحدود، وعندما تصطدم صدمة سمية على سطح صلب، فإنها تخلق درجة ضغط سلبية يمكن أن تسبب طبقة الحدود في سميكها أو حتى فصلها.() ويمكن أن تؤدي فقاعات الفصل إلى عدم الاستقرار، وتخفض مساحة التدفق الفعلية، وتؤدي إلى إبطال مفعول المولدات الكهربائية.()

الأثر على أداء رمجيت

الكفاءة في الضغط واسترداد الضغط الكلي

والمقياس الرئيسي للأداء المكرّس هو مجموع الضغط المسترد (T) (T) (T) (T)) (T)) (T) (T)) (T) (T)) (T)) (Tradem-d.

قابلية الاحتراق

إن تدفق الحرق يجب أن يكون تحتياً ومرتدياً في درجة الحرارة والضغط، وإذا كان وضع الصدمة غير صحيح، فإن التدفق قد يكون له جيوب سطحية متبقية أو تشوهات كبيرة تسبب حرق أو حرق، ومحرقات الرجات مصممة باستراتيجيات لحرق اللهب وحقن الوقود التي تعمل مع ملامح محددة للتدفقات، كما أن محرك الصدمة يُعرف بأنه عازف.

رصيد دراجة وثروست

While the inlet generates compression, it also creates drag due to the spillage and wave drag from the external compression surfaces. The net driven of the ramjet is the difference between the gross push (from the nozzle) and the inlet drag. Efficient shock management reduces spillage by capturing the correct mass flow and minimizes wave drag by keeping shocks weak. The

حدود التشغيل: غير متجددة

وربما يكون أكثر تأثيرات أداء موجات الصدمات ] في حالة عدم البدء ، وهذا يحدث عندما تطرد الصدمة العادية من الحافة بسبب الكساد الرجعي من المحرقة، أو حدوث تغير مفاجئ في حالة الطيران، أو فصل طبقة الحدود، وفي حالات كثيرة، يسقط تدفق الهواء بصورة متسرعة، وينهار الدافع، ويستلزم حدوث زيادات كبيرة في عدد الارتطام.

المواضيع المتقدمة في إدارة موجات شوك

كتيبات قياس جغرافية قابلة للتغير

وللعمل بكفاءة على مدى عدد من السرعة المفرطة، يستخدم العديد من الهرامات عربات هندسية مختلفة، ويمكن لهذه المداخل أن تعدل موقع السقف أو السدود لتغيير هيكل الصدمة، وعلى سبيل المثال، عند أرقام أقل من المتش، يلزم وجود زاوية صدمة أكثر شمولا لتحقيق نفس نسبة الضغط؛ وبأرقام أعلى من الماشية، تُثبت صدمات الصدمة.

الرقابة على تدفق المركبات

وتستكشف البحوث الأخيرة تقنيات المراقبة النشطة لتثبيت قطارات الصدمات وقمعها، وتشمل هذه الأساليب الهواء النزيف من طبقة الحدود، وحقن الطائرات الصغيرة في مجرى الفصل، أو استخدام محركات البلازما لتعديل قوة الصدمة، ويمكن للتحكم النشط أن يحسن الاستجابة عبر الأنظار وأن يوسع نطاق التشغيل المستقر، ولا سيما بالنسبة للصدمات التي تستهدف التحليق فوق الصوت حيث تكون ديناميات التدفق حساسة للغاية.

الانتقال إلى سكراميجيتس

وفي أرقام ماك فوق حوالي 6، تصبح درجة الحرارة من ضغط الصدمة كبيرة بحيث يصبح الاحتراق دون الصوتي التقليدي غير فعال أو مستحيل بسبب انفصال الهواء، مما يؤدي إلى تطوير [FLT:] [الصدمة الصوتية] (الصدمة الحرقية الشخصية)، حيث يظل التدفق سطحياً في جميع المحركات.

خاتمة

إن موجات الأحذية هي ضرورة وتحد في محركات الهرم، فهي توفر الضغط الذي يسمح للمحرك بالعمل بدون ضغط آلي، ولكنها أيضاً تؤدي إلى خسائر وثبات تحد من الأداء، وتُبقي الفيزياء من موجات الصدمة - من متغيرات المطاردة بين الراكين والهوجونوت إلى اضطرابات التفاعل بين الطبقات الصدمة - قدرة المهندسين على تصميم