درک اصول رامjet Engines

موتورهای رامjet یک کلاس از سیستم های پروکاری هوایی را نشان می دهند که از طریق فشرده سازی هوا با سرعت بالا بدون کمپرسور مکانیکی یا توربین ها به حرکت رو به جلو وسیله نقلیه برای فشرده سازی هوای ورودی، و آنها را در سرعت های سوپرجت بالاتر از ماخ، چرخه عملیاتی اولیه مصرف هوا، فشرده سازی از طریق امواج شوک، سوخت و تثبیت قطعات احتراق سخت افزاری، و ایجاد یک منطقه احتراق، بدون سرعت عملیاتی، و بدون احتراق، کار می کند.

اثرات پرواز در Ramjet Performance

یک پرواز به طور عمیقی بر عملکرد ramjet از طریق تغییرات در چگالی هوا، دما و فشار تأثیر می گذارد.در ارتفاعات بالاتر، چگالی اتمسفر به طور چشمگیری کاهش می یابد، کاهش جریان توده هوا وارد موتور برای سرعت پرواز مشخص شده، این به طور مستقیم اکسیژن موجود برای احتراق را کاهش می دهد، کاهش خروجی و بهره وری کلی موتور، علاوه بر این، دمای ثابت در ارتفاع سوخت و احتراق، که به طور بالقوه می تواند منجر به کاهش سرعت سوختگی شود، و یا کاهش سرعت سوختگی شود.

تغییرات و تغییرات خاص Impulse Variation

افست تولید شده توسط یک ramjet متناسب با محصول جریان جرم هوا و سرعت پرواز است، اصلاح شده توسط بهره وری احتراق و توسعه نازل، به عنوان ارتفاع افزایش، فشار تقریبا خطی با چگالی هوا کاهش می یابد، زمانی که تمام عوامل دیگر ثابت باقی می مانند، انگیزه خاص ( راندمان سوخت) ممکن است در ارتفاعات بالا افزایش یابد، زیرا موتور نزدیک به تعداد طراحی Mach و افزایش فشار محیط پایین تر با سرعت پرواز و سرعت حرکت دقیق نیاز به تعادل خاص.

چالش های ثبات احتراق

در ارتفاع های بالای ۱۵ تا ۱۵ کیلومتر، تثبیت شعله به یک مسئله مهم تبدیل می شود.ترکیب چگالی کم و دمای کم استاتیک میزان واکنش مخلوط های هوا را کاهش می دهد. – مخازن یا حفره هایی که برای ایجاد مناطق عقب نشینی طراحی شده اند – باید بهینه سازی شده باشند تا بدون طراحی مناسب، شعله های شعله ور یا موتور ثابت را متوقف کنند و اغلب از احتراق هیدروژن استفاده کنند.

استراتژی های طراحی برای بهینه سازی یک سیر

بهینه سازی یک ramjet برای یک محدوده ارتفاع گسترده نیازمند رویکردهای طراحی یکپارچه است که تنظیم مقیاس موتور و تحویل سوخت برای مطابقت با تغییر شرایط جوی است. مدرن ramjets سیستم های ورودی سازگار، تزریق کننده سوخت متغیر-area و خنک کننده فعال برای حفظ عملکرد از سطح دریا به استراتوسفر بالا.

ویژگی های Geometry Inlet

این اولین جزء حیاتی است که تحت تاثیر ارتفاع قرار دارد.در ارتفاع پایین با هوای متراکم، ورودی باید جریان هوا را بدون ایجاد کشش بیش از حد یا نشتی، در ارتفاع بالا، همان ورودی باید به طور موثر فشرده هوای نادر برای شروع به بازیابی فشار کافی است. - مانند ترجمه توده ها، چرخش گاو یا پیچ و خم قابل تنظیم - که شبیه سازی های فشرده سازی محاسباتی را برای جلوگیری از کاهش تعداد نوسان های مایع و انعطاف پذیر (تغییرات مایع).

سیستم های مدیریت سوخت

استراتژی تزریق سوخت باید با چگالی هوا و دما وابسته به ارتفاع سازگار باشد (در ارتفاع بالا)، غلظت اکسیژن پایین نیاز به مخلوط های سوخت-هوا برای جلوگیری از احتراق ناقص و تشکیل استخوان دارد، در ارتفاع پایین تر، مخلوط های غنی تر ممکن است برای حفظ دمای احتراقLT ضروری باشد. سیستم های پیشرفته سوخت از سنسورهای زمان واقعی برای فشار، دما و تعداد ماخ برای تنظیم سوخت از طریق مراحل بالا احتراق استفاده می کنند.

مدیریت حرارتی و مواد

پرواز با سرعت بالا در ارتفاعات پایین باعث گرمای شدید آئرودینامیک می شود، در حالی که در ارتفاع بالا، ظرفیت پایین تر گرما هوای هوا نیاز به مدیریت حرارتی دقیق دارد. دیوارهای احتراق و سطوح نازل باید دمای بیش از 2000 مواد پیشرفته مانند کامپوزیت کربن، ماتریس کامپوزیت سرامیک (CMCs)، و فلزات گالوانیزه مانند آلیاژ niobium، قبل از استفاده از احتراق مواد خنک کننده، و خنک کننده مواد، مقاومت می کنند.

افزایش و شعله ور شدن

برای گسترش محدودیت ارتفاع برای احتراق پایدار، مهندسان از زمین های پیشرفته و احتراق کمک می کنند.کرون های مبتنی بر پوشش با مناطق عقب افتادگی فشرده شده، حتی در جریان های کم ارتفاع، برای ارتفاع شدید، مشعل های پلاسما یا احتراق ناشی از لیزر می توانند احتراق را آغاز کنند که در آن پلاگین های جرقه معمولی شکست می خورند، برخی از طرح های تثبیت قوی را شامل می شوند، که در آن یک هیدروژن کوچک یا تکنیک های اصلی سوخت های سوخت هیدروژن را حفظ می کنند.

مدل سازی عملکرد و شبیه سازی

پیش بینی عملکرد ramjet در ارتفاعات مختلف نیاز به ابزارهای شبیه سازی چند اتم دارد (دو آئرودینامیک، شیمی احتراق و انتقال گرما. تجزیه و تحلیل چرخه صفر بعدی برآورد های سفارش اولیه از نیروی و انگیزه خاص را فراهم می کند، اما سه بعدی CFD با شیمی نامحدود برای مطالعات تعامل دقیق درونگرا مورد نیاز است.

مقایسه با Turbojet و Scramjet Systems

Turbojets با سرعت پایین و سرعت های زیر صوت به دلیل فشرده سازی مکانیکی خود، اما آنها را به اندازه 2.5 ماخ ناکارآمد و از وزن بالا و پیچیدگی رنج می برند. Ramjets در محدوده 2 تا 5 Mach برتری دارد و می تواند در ارتفاع بالاتر از 25jet کار کند، جایی که توربوجت ها نمی توانند به دلیل جریان هوا ناکافی، قابل شناسایی باشند.

برنامه های کاربردی و تست پرواز

چندین سیستم عملیاتی عملکرد تراموای بهینه شده با ارتفاع را نشان داده اند. jet:jetMos موشک از یک ram مایع سوخت استفاده می کند که از یک تقویت کننده جامد برای عملیات پایدار جت در ارتفاع حدود 14 کیلومتر انتقال می یابد، دستیابی به سرعت کروز بالاتر از Mach-22 روسیه و AGM-C158-M آزمون با سرعت بالا در برنامه های پرواز دقیق، همچنین به برنامه های دقیق سوخت های دقیق LAST اطمینان می دهد.

توسعه های آینده در Adaptive Ramjets

تحقیقات در مورد مفاهیم ramdaptive با هدف حذف محدودیت نقطه طراحی ثابت (که در حال حاضر نیروهای معاملات بین ارتفاع پایین و عملکرد بالا ارتفاع بالا را ایجاد می کند.D-mode jet-scramjet موتورهای که می توانند بین زیر صوتی و ابر صوتی تغییر دهند، ارتفاع و پاکت های افزودنی را گسترش می دهند، باعث می شود که هندسه های پیچیده داخلی برای تزریق کنندگان و شعله های آتش سوزی که قبلاً وعده داده شده است تا کنترل سوخت های واقعی را کاهش دهند و ابر صوتی به طور کامل کاهش دهند.

ادامه سرمایه گذاری در مواد با دمای بالا، خنک کننده فعال و کنترل ورودی بیشتر سقف های ارتفاع جت را به سمت بالا فشار می دهد، به طور بالقوه امکان پرواز پایدار در 40-50 کیلومتر برای سیستم عامل های مافوق صوت را فراهم می کند، زیرا ابزارهای محاسباتی قوی تر، چرخه های توسعه کوتاه تر می شوند و اجازه می دهند آن را در طرح های بهینه سازی شده با ارتفاع سریعتر کنند.