הפיזיקה של הגלים המפוצצים והשפעתם על ביצועי ראמאג'ט

מנוע סופרוזי ואתגר הגלים

Ramjets מייצגים סוג של מנועי סילון אוויריים הפועלים ביעילות רבה במהירויות סופר-קולוניות.בניגוד לטרפוזיטים, אין להם דחוס רוטטטיבי; במקום זאת, הם מסתמכים לחלוטין על התנועה קדימה של הרכב לדחוס אוויר נכנס, ולכן דחיסה זו מושגת באמצעות דחיסה ממוקדת שעוצבה גלי העל-קוליים למהירויות תת-קולוניות לפני הבעירה.

מה הם גלים מזעזעים?

גל הלם הוא הפרעה מתפשטת שנעה מהר יותר מאשר המהירות המקומית של קול בנוזל.כאשר אובייקט, כגון מטוס או מנוע אינלט, נע במהירויות סופרוזיות, האוויר שלפניו אינו יכול להזהיר את גישתו על ידי גלי לחץ רגילים.במקום, הלחץ מתפזר לתוך חזית חדה - הגל הזעזועים מעבר לחזית זו, את התכונות משתנות כמעט באופן כמעט מיידי וטמפרטורה קצרה של נוזל, בעוד כמה מהירות של נוזל על גבי מהירות של מהירות של זרם גז מתוחה, בעוד כמה מהירות של מהירות היא ירידה מהירה, בעוד שלמטה, רקמות, על פני חזית חדה, בעוד כמה מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות גבוהה של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של מהירות של חום, על פני חזית חדה, על פני חזית חדה, על פני חזית חדה, על פני חזית חדה, על פני חזית חדה, על פני חזית חדה, על פני חזית חדה, על פני חזית חדה, על פני חזית חדה, על פני חזית חדה, על פני חזית חדה, על פני חזית חדה, על פני חזית

סוגים מסוימים של גלי הלם רלוונטיים לפעולה של ramjet:

• (FLT:0) גלי הלם אורתרמיים 1 (Occur perpendicular) לכיוון זרימה.הם גורמים לירידה גדולה במספר מאך (מסופרסוני ועד תת-קולוני) ועלייה משמעותית בלחץ סטטי וטמפרטורה רגילה קשורה בדרך כלל עם הפסדים בלחץ מוחלט, אשר להפחית את יעילות המנוע.
• (FLT:0) גלי הלם מפוברק 1 (FLT:1) - טופס בזווית לזרימה הנכנסת.הם חלשים יותר מהזעזועים הרגילים עבור מספר מאך נתון, כלומר ירידה של אובדן לחץ מוחלט.
• (ב) [ה]ההההלם הזעזועים (הההתחמיים) [ה]:0 [הההההההההההההההההההההההההההההההתמדה] של הזעזועים, הזעזועים הקדמיים עומדים מאחורי שפת החדירה, וגורמים לאובדן לחץ מוחלט במידה שלא צלחה בקפידה.

היווצרות גל הלם תלויה במספר המאך, הגיאומטריה של הגוף, ואת תנאי זרימת הדם.בכדורים ramjet, העיצוב של משטחי הדחיסה קובע אם ההלם מחובר (אובריקה) או מנותק (רגיל או קשת) המטרה היא להשיג סדרה של זעזועים של אובליק אשר מאט בהדרגה את זרימת האוויר עם אובדן לחץ מינימלי.

הפיזיקה שמאחורי הגלים

חוקי שימור ודירוגן-הוגוןויט Equations

גלי הלם נשלטים על ידי שימור מסה, מומנטום ואנרגיה על פני הפסקת הגל, עבור גל הלם נייח, חוקים אלה מובילים לשימור:0Rankine-Hugoniot משוואות FLT:1, אשר מתייחס לתנאים במעלה הזרם (subscript 1) ולמטה הזרם (subscript of the Shock: 2).

• מסה: ⁇ 1u1= ⁇ 2u2
• רגע: p1 + ⁇ 1u12 = p2 + ⁇ 2u22
• אנרגיה: h1 + (1 /2)u12 = h2 + (1 /2)u22

כאשר ⁇ הוא צפיפות, אתה מהירות, p הוא לחץ, ו h הוא ספציפי enthalpy. עבור גז מושלם, המשוואות ניתן להתבטא במונחים של מאך מספר במעלה הזרם M1. עבור זעזוע רגיל, מספר למטה מאך M2 הוא תמיד subsonic, ואת היחס p2 /p1 עלייה עם M1.

המונחים: wave Phenomena

גלי הלם הם תופעה זרימה דחוסה.בזרימה תת-קולית, הפרעות הלחץ לנסוע במהירות הקול, ומאפשרת לזרימה להסתגל בהדרגה. בזרימה סופר-קולית, הפרעות לא יכולות להפיץ את הזרם, כך שהזרם חייב להשתנות לפתע על פני הלם.כוח ההלם מאופיין ביחס של מטה הזרם ללחץ במעלה הזרם, והוא קשור ישירות למספר המטמון.

מאך מספר ו- Shock Wave

עבור זעזועים של אובליסק, זווית ההלם (β) וזווית ההשתקפות של הזרימה ( ⁇ ) קשורים למשוואה הבאה הנגזרת מחוקי השימור:

( טנ( ⁇ ) = 2 cot(β) * (M12 Sin2β - 1) / (M12 ( ⁇ + cos(2β) + 2)

כאשר ⁇ הוא היחס של חום ספציפי.עבור M1 ו ⁇ , יש שני פתרונות הלם אפשריים: הלם חלש עם β קטן יותר וזעזוע חזק יותר עם β גדול יותר. Ramjet inlets בדרך כלל לפעול על ענף ההלם החלש כדי למזער הפסדים. זווית הדה-המידה המקסימלית האפשרית לפני שהלם הופך להיות מנותק הוא פרמטר עיצוב מפתח.

לקריאה נוספת על יסודות גלי הלם, דף מרכז המחקר גלן של נאס"א על גלי הלם FLT:1 מספק סקירה מצוינת.

גלי הלם ברמב"ם

התפקיד של Inlet

ב- ramjet, ה- Inlet (או diffuser) אחראי על מנת לפוצץ את האוויר העל-קולי הנכנס למהירויות תת-קולוניות לפני שהוא נכנס לחדר ההבעירה.הההה הזאת מושגת על ידי יצירת מערכת של גלי הלם.ה-Rirte ramjet הקלאסי משתמש בספיץ מרכזי או סט של רמפות כדי ליצור זעזועים אשר להאט את זרימת הדחיסה ואטים.

עיצוב יעיל יותר הוא הדחיסה של ההרחבה:0 (IletFLT) 1:1, שבו חלק מדחיסת ההלם מתרחשת פנימית, בתוך הדלפק.זה מפחית את גרור העודף ומשפר את ההתאוששות הכוללת של הלחץ, אבל זה דורש מיקום זעזוע זהיר כדי להימנע מ unstart - מצב שבו הזעזוע הרגיל הוא מפורש מן החדירה, באופן דרסטי את זרימת האוויר ואת הרכבת הזעזוע - סדרה של צורה בתוך קו הרוחב (המפרק) בתוך כל הצבעים יציב (ה) בתוך המולקול) הוא חייב להיות זעזוע בתוך היבשהמולקולארי) בתוך כל המולקולארי (המפרק) בתוך היבשהההה בתוך המולקולנוע) בתוך הזעזועים (המפרק) - הוא חייב להיות זעזועים בתוך הזעזועים (המפול) - כל תנאי הזעזועים) בתוך הזעזועים בתוך היבשה בתוך הזעזועים בתוך היבשהמולקולארי) - הוא זעזועים בתוך הזעזועים בתוך הזעזועים בתוך הזעזועים בתוך הזעזועים בתוך המולקולארי (המפול) בתוך הזעזועים בתוך המולקולארי) - הוא חייב להיות זעזועים בתוך היבשה בתוך הזעזועים (המפרק (

זעזועים נורמליים לעומת Oblique בעיצוב Inlet

הלם רגיל יחיד בשקע יספק דחיסה, אבל ב-High Mach מספרים את אובדן הלחץ הכולל הופך גדול באופן בלתי חוקי.לדוגמה, ב- M1=3, זעזוע רגיל מקטין את הלחץ הכולל בכ-65%.לעומת זאת, מערכת של זעזועים של אובליק יכולה להשיג יחס דחיסה דומה עם התאוששות של לחץ כולל של מעל 90%.

עם זאת, זעזועים של שלפוחית השתן לבד לא יכולים להביא את הזרם למהירויות תת-קולוניות; עדיין יש צורך בהלם רגיל בשלב הסופי.המפתח הוא להפחית את מספר מאך לזעזוע רגיל לערך סופר-קולוני נמוך (למשל, 1.3-1.5) כך שהזעזוע הנורמלי חלש ואובדן הלחץ הכולל שלו קטן.

הלם גל כבד שכבתי

אתגר נוסף ב-ramjet Inlets הוא האינטראקציה בין גלי הלם לבין שכבת הגבול.כאשר זעזוע אובריקה מחלחל על משטח מוצק, הוא יוצר לחץ שלילי ⁇ שיכול לגרום שכבת הגבול לעסמיך או אפילו בנפרד.בועות הפרדה יכול לגרום לאי-נוחות, להפחית את אזור זרימה יעיל, להוביל למהנדסים חסרי מצפון.

השפעה על ביצועים Ramjet

לחץ על יעילות ושיקום לחץ מוחלט

המדד העיקרי של ביצועי החדירה הוא FLT:0 [הלחץ השיקום] של ה- 1:1 ( ⁇ ), המוגדר כיחס של הלחץ הכולל בכניסה ללחצים הכוללים של זרם חופשי, גבוה יותר ⁇ פחות אנרגיה אבוד בתהליך הדחיסה, המוביל לדחף ספציפי יותר ודחף.

יציבות

הזרם הנכנס לקובטור חייב להיות תת-קולי ומדים בטמפרטורה ולחץ.אם מיקום הלם אינו נכון, הזרם עשוי להיות כיסים סופר-סמוניים או עיוותים גדולים שגורמים להבה או לבעירה בהסתברות. Ramjet combustors נועדו עם כוהות אש ואסטרטגיות הזריקה דלק שעובדות עם פרופילים ספציפיים של זרימה.

דרגו ו- Thrust Balance

בעוד שהטבע מייצר דחיסה, הוא גם יוצר גרר בשל הדליפה והגל ממשטחי הדחיסה החיצוניים.הדחף הנקי של ה-RRAT הוא ההבדל בין דחף גולמי (ממנוז) לבין ניהול ההלם החדירה.הלם היבשה הפחית את הדליפה על ידי לכידת זרם המסה הנכון ומצמצם את הגל על ידי שמירה על זעזועים חלשים:0.

גבולות תפעוליים: Unstart

אולי ההשפעה החמורה ביותר של גלי הלם היא FLT:0inlet unstartFeloer 1 (התוצאה מתרחשת כאשר ההלם הרגיל גורשו מן החדירה עקב דיכוי אחורי מן הקובוס, שינוי פתאומי במצב הטיסה, או שכבת גבול מודרנית הפרדה. במהלך unstart, זרימת האוויר טיפות מראש, התמוטטות, וגרור עלייה דרמטית של החלמה ממערכות בלתי רגילות הוא לעתים קרובות צורך שינוי של זעזועים או ירידה של זעזועים.

נושאים מתקדמים בניהול גלים מזעזעים

המונחים: Geometry Inlets

כדי לפעול ביעילות על פני מגוון של מהירויות סופר-קוליות, רבים ramjets משתמשים בתותחים גיאומטריים משתנים.כדורים אלה יכולים להתאים את המיקום של הספייק או הרמפות כדי לשנות את מבנה ההלם. לדוגמה, במספרים נמוכים יותר של מאך, זווית זעזועים יותר או שלפוחית השתן נדרשת להשיג את אותו יחס דחיסה; במספרים גבוהים יותר של מאך, את הזעזועים הקדמיים קדימה או אחורה, קרוב ל- 371 מלחץ על פני ה-J2xt המפורסם.

Active Flow Control

מחקרים אחרונים חוקרים טכניקות בקרה פעילות לייצוב רכבות הלם ודכאות ללא כוכבים.אלה כוללים אוויר מדמם משכבת הגבול, הזרקת מטוסים קטנים במעלה הזרם של הפרדה, או באמצעות מזהמים פלזמה כדי לשנות כוח זעזוע. Active control יכול לשפר את התגובה הטרנסנדנטית ולהרחיב את טווח ההפעלה היציב, במיוחד עבור ramjets המיועדים לטיסה היפרוזיונית שבו הדינמיקה היא רגישה מאוד.

המעבר ל Scramjets

ב-Mach מספרים מעל ל- 6, הטמפרטורה העולה מדחיסת ההלם הופכת לגדולה כל כך עד שבעירה תת-קרקעית קונבנציונלית הופכת לבלתי יעילה או בלתי אפשרית בשל דיסוציאציה של האוויר, זה הוביל לפיתוח של FLT:0scramjetFLT 1 (היפרוסקים ב-ALT2 לא יכולים להיות יעילים יותר, אך לא ניתן לדחוס גלי רכבת, אך ורק לנפץ את גלי הזעזועים הרגילים, אך לא יכולים להיות מאתגרים, כי הם אפילו לא יכולים להיות יותר, אך ורק לנפץ את גלי הזעזועים, אך ורק לנפץ את הזעזועים, אך ורק לנפץ את הזעזועים, אך ורק לנפץ את הזעזועים, אך ורק בגלימה, אך ורק לנפץ את הזעזועים, אך ורק בגלימה, הם לא יכולים להיות מאתגרים, אך ורק בגלימה, אך ורק במהירויות של הזעזועים, אך ורק בגלימה, אך ורק בגלימה, אך לא ניתן לשחיתים, הם לא יכולים להיות יותר, הם לא ניתן לזרז, אך ורק לזרז, אך ורק במהירויות של הזעזועים, הם לא ניתן לזרז, הם לא ניתן לזרז, אך ורק לזרז, כי הם

מסקנה

גלי הלם הם גם צורך ואתגר במנועי ramjet. הם מספקים את הדחיסה המאפשרת המנוע לפעול ללא דחיסה מכנית, אבל הם גם מציגים הפסדים ו instabilities המגדירים את הביצועים. Mastering את הפיזיקה של גלי הלם - מן המשוואות של Rankine-Hugoniot ועד למולטי האינטראקציה הזעזועים - מאפשר למהנדסים להשיג לחץ גבוה, התאוששות יציבה של אנרגיה, להמשיך לשלוט על בסיס מבוזר, כמו גם על מנת למנוע החידושים הזעזועים חדשים, להמשיך לשלוט על בסיס קבוע של ההרפתקאות, להמשיך לשלוט על בסיס קבוע של ההרפתקאות, כמו גם על בסיס קבוע של ההרפתקאות, כמו גם על פני השטח, כמו גם על בסיס קבוע של הזעזועים של הזעזועים של הזעזועים, ממשיכים להיות יציבות, כמו גם על בסיס קבוע, וחדשנות, וחדשנות, כמו גם על בסיס קבוע, כמו גם על בסיס קבוע של הגורמות לרדיפטפטפטפטפטפטציה, ממשיכים להיות פעיל, ממשיך החידושים של המשתנים, כמו גם על בסיס קבוע של הגמישות, כמו גם על בסיס קבוע, כמו גם על בסיס קבוע של העיוותים של העיוותים של העיוותים של העיוותים, ממשיכים להיות פעיל של העיוותים, ממשיכים להיות פעיל של