מנועי Ramjet הם סוג של מערכות הנעה אוויריות הפועלות ביעילות במהירויות סופר-קוליות.בניגוד למנועי טורבינות קונבנציונליים, ל-ramjets יש כמה או לא חלקים נעים להסתמך על התנועה קדימה של המטוס כדי לדחוס אוויר נכנס.זה עיצוב ייחודי הופך אותם למהירויות מתקדמות של משימות טיסה מהירות גבוהה מתמשכת, במיוחד ביישומים צבאיים ואוויריים.

להבין את מנוע Ramjet

ramjet הוא סוג של מנוע סילון אווירי כי משתמש את התנועה קדימה של המנוע כדי לדחוס אוויר נכנס דרך אינלט מעוצב בקפידה כי אין להבים או טורבינות רוטט, תהליך הדחיסה כולה מושג אווירודינמית.פשטות בסיסית זו היא הכוח הגדול ביותר של ארג'ט ומגבלות משמעותיות ביותר שלה: המנוע לא יכול לייצר סטטי, כלומר, כלומר, להיות דחף יעיל לפני מהירות גבוהה יותר, עם מהירות גבוהה, עם יעילות גבוהה.

כיצד זיהום אוויר פועל ברמב"ן

בעוד המטוס טס קדימה במהירות סופר-קולית, האוויר נכנס לתוך המבוא במהירות גבוהה.המבוא תוכנן עם צורה מאגדת כי מאט את האוויר למטה, יצירת סדרה של גלי הלם.הלם אובליק אלה, בשילוב עם הלם רגיל, מחסמצמצנח את האוויר ולהגדיל את הלחץ והטמפרטורה שלו.

תהליך הבעירה

בתוך תא ההבעירה של ramjet, דלק (בדרך כלל פחמימנים כמו JP-7 או JP-10, או דלק אנרגיה גבוהה מיוחד) הוא אטום והצית את מחזיק הלהבה - גוף bluff או סדרה של מכשולים - מגביר את הלהבה בזרימת אוויר מהירה גבוהה.

דור ה- Nozzle and Thrust Generation

ה- ramjet nozzle הוא בדרך כלל מתכנס-מצוץ (CD) nozzle, בדומה לאלה המשמשים במנועי טילים.החלק המתכנס מאיץ את זרימת התת-קולי למהירות סוציונית בגרון, אז החלק השונה מאיץ עוד יותר את זרימת המהירויות למהירויות סופר-סמוטוניות.מהירות היציאה, ומכאן דחף, נקבע על ידי יחס ההתרחבות.

פיתוח היסטורי של Ramjet Technology

הרעיון של ה-Rramjet מתוארך בתחילת המאה ה-20.המהנדס הצרפתי רנה לוריין הפטנטים על עיצוב ramjet בשנת 1908, אך יישום מעשי היה צריך לחכות להתקדמות בפרויקטים של אווירודינמיקה סופר-קולארית וחומרים במהלך World War II, הן גרמניה וארצות הברית ניסו עם טילים המופעלים על ידי מטוסי ה-RRAGEGER) ו-SVRUS, אם כי אף אחד מהם לא הגיע למעמד מבצעי ראשון.R.

אבני דרך חשובות כוללות את התפתחות מנוע ה-RRAT המופעל על ידי NASA X-43AGIRFLT:1 בתחילת שנות ה-2000, אשר הראה מנוע ספד (גרסה של ramjet עם קידוד סופר-סטוני) שמגיעה ל- מאך 9.6.

השוואה עם מנועים אחרים

כדי להעריך את הנישה כי ramjets לכבוש, זה עוזר להשוות אותם עם מנועי אוויר אחרים ומניעה טילים.

  • (FLT:0) טורי טורבוחים ו- Turbofans:BuildFLT:1) מנועים אלה משתמשים בלהבים דחוסים טורבינות, המאפשרים להם לייצר דחף סטטי ולפעול מנטילת מהירויות סופר-סיניות, אך היעילות שלהם יורדת במספרים גבוהים מאוד של מאך בשל מגבלות של חומרים דחוסים והצורך להתקררות מורכבות.
  • (FLT:0)Scramjets: FLT:1 Scramjets (הקוה שתלטנית ramjets) הם התפתחות ישירה של ramjets שבו זרימת האוויר נותרה סופר-קולוני לאורך המנוע, כולל תא הבעירה.זה מאפשר הפעלה במהירויות גבוהות יותר (מאך 6 עד מאך 15+), skjets הם הרבה יותר קשה לתכנן ולקבוע את הטווח הקצר ביותר למחזור של RV6 סיביות.
  • (FLT:0)Rockets:BuildFLT:1) רקטות לשאת הן דלק והן חמצון, המאפשר להם לפעול בחלל.הם מייצרים דחף גבוה מאוד אבל יש דחף ספציפי נמוך יותר (יעילות דלק) מאשר מנועי נשימה אוויר. Ramjets, באמצעות חמצן אטמוספירי, מציעים יעילות גבוהה יותר אבל הם מוגבלים לאטמוספירה.

לכל סוג של הנטועה יש את משטר הטיסה האופטימלי שלה. Ramjets למלא את המסדרון החשוב של מאך 2-6, שהוא עניין רב עבור טילים לטווח ארוך, כלי טיס של סיור, ובסופו של דבר תחבורה נוסעים היפרוזיאנית.

היתרונות והמגבלות של Ramjet Engines

יתרונות מפתח

  • (FLT:0) אימפולס ספציפי: FLT:1 בהשוואה לטילים, ramjets מציעים יעילות דלק גבוהה משמעותית כי הם משתמשים בחמצן אטמוספירי.זה מאפשר טווחי טיסה ארוכים יותר עבור כמות נתונה של דלק.
  • (FLT:0) של הכחשה ואמינות: ראטל:1 (עם מעט או לא חלקים נעים, רמונים הם פשוטים מבחינה מכנית, צמצום הסיכון של כישלון ופשט תחזוקה.
  • (FLT:0) גבוה Thrust-to-Weight Ratio:FLT 1 משום ש-ramjets חסרים דחוסים כבדים טורבינות, יש להם יחס גבוה למשקל, מה שהופך אותם אטרקטיביים עבור יישומים הדורשים תאוצה מהירה ומהירות גבוהה מתמשכת.
  • (FLT:0) Sustained Supersonic Cruise:cioFLT:1 , Ramjets יכול לשמור על טיסת מאך 3-5 עבור תקופות ארוכות, אשר חיוני עבור טילים לטווח ארוך או סיור מהיר במהירות גבוהה.

הגבלות חמורות

  • (FLT:0) No Static Thrust: FLT:1 ramjet לא יכול לייצר דחף אפס מהירות אוויר, כך זה חייב להיות מואץ במהירות גבוהה מספיק (Mach 2 או יותר) על ידי טיל ממריץ, מנוע טורבוג'ט, או מטוס שיגור.זה מסבך את שלב ההשקה וההתאוששות.
  • (FLT:0)Narrow הפעלה Speed Range: FLT:1 Ramjets להשיג יעילות שיא בתוך להקת מהירות צרה יחסית.ביצועים ללא עיצוב במהירות, הדורשים גיאומטריה משתנה או מצבי מנוע מרובים עבור המעטפה רחבה של המשימה.
  • (FLT:0) ניהול נמרץ: 1 ב מאך 5+, טמפרטורות קיפאון יכולות לעלות על 2000 מעלות צלזיוס. חימום אווירודינמיקה דורש חומרים מתקדמים - ⁇ עמידת חום, קרמיקה, קירור פעיל - כדי למנוע כשל מבני.
  • (FLT:0) השימוש ביציבות: 1FLT שומר על להבה יציבה בזרימת אוויר מהירה הוא מאתגר.יש צורך בלהבות להימנע מפגיעה תוך צמצום אובדן לחץ ודיכוי.

אתגרים הנדסיים ופתרונות

פיתוח ramjet מעשי דורש להתגבר על כמה מכשולים הנדסיים בלתי אפשריים כאן אנחנו דנים באלה הקריטיים ביותר והפתרונות שצצו.

עיצוב אינסטלציה והתחל

החדירה חייבת לדחוס ביעילות את זרימת האוויר העל-קולית הנכנסת מבלי לגרום לעודף או לגרור. incompression inlets, אשר משתמשים הן גלי הלם חיצוניים והן פנימיים, יכול להשיג התאוששות בלחץ גבוה, אך רגישים להפרעות.Inlet החל - תהליך של הקמת דפוסי הלם מתאימים - תכנון זהיר ועשוי לכלול גיאומטריה משתנה או מערכות מדממות.

חומרים טמפרדומים גבוהים ומגניבים

במהירויות היפרוזיות, מבנה המנוע חייב לעמוד בעומס תרמי קיצוני.ניקל מבוסס Superalloys יכול להתמודד עם טמפרטורות סביב 1000 מעלות צלזיוס, אבל מעבר לכך, מרפלקסי קרמיקה (CMCs) כמו carbide סיליקון (SiC) הם הכרחיים. אקטיבי קירור, לעתים קרובות באמצעות הדלק עצמו כמו דלק קירור (דלק קדמוני), הוא מועסק בתא הבעירה וללא מטושטשת.

התעלמות ושנאה

זיהוי דלק בזרם אוויר סופר-סיני הוא לא טריוויאלי. זרימת סופרוזיוני יש טמפרטורות סטטיות נמוכות מאוד ולחץ על אינלט, אבל לאחר דחיסה, טמפרטורת האוויר יכולה להיות גבוהה מספיק עבור אוטומט של כמה דלקים. עם זאת, כדי להבטיח ignition אמין, לפיד או מכשיר pyrotechnic משמש לעתים קרובות.

דלק ומיקס

יש צורך מוזרק ו מעורבב ביסודיות עם האוויר המהיר בתוך זמן המגורים הקצר ב- combustor. Jet חדירה, צנרת טיפה, ו vaporization הם קריטי. מזרירי דלק מתקדמים משתמשים במספר מטוסים בזווית שונות ועשויים לשלב פלזמה או נזילה מוניצוץ כדי לשפר.מודל מחשב של הדבקה טורפת הוא עכשיו חלק בלתי נפרד של עיצוב jetram.

יישומים מרכזיים של Ramjet Engines

מנועי Ramjet משמשים במספר תפקידים קריטיים המשימה שבו נדרשת מהירות גבוהה מתמשכת.

טילים צבאיים

היישום הנפוץ ביותר של ramjets הוא טילים סופר-קולוניים ו hypersonic.דוגמאות כוללות את הטיל הרוסי Kh-31 נגד ספינות (Mach 3), הטיל הגרעיני ASMP הצרפתי (Mach 3), ואת חיל הים האמריקאי (FLT:0Hypersonic Air-breathing ו-HAWC)FRE 1LT:1LT-Power טילים יכולים לכסות לטווח ארוך, מה שהופך אותם במהירות להתקפות אוויריות אטרקטיביות.

מחקר ופיתוח Hypersonic Research and Development

כלי רכב ניסיוניים כגון נאס"א X-43A ו-בואינג X-51 Waverider להשתמש במנועי סקראמיט/רמארט כדי לחקור את הפיזיקה של טיסה היפרוזיונית.התוכניות הללו אישרו מודלים חישוביים ודגימו ניתוח מתמשך של סקרמאט.פי טיסות אלה מודיעים על עיצוב כלי רכב היפרוסקטוניים עתידיים.

גישה לחלל ו- Launch Assist

טכנולוגיית Ramjet ו-SEC עשויה בסופו של דבר לספק דרך יעילה יותר להגיע למסלול.מושגים כמו "מערכת שתי שלבים-על-על-על-על-על-מנת-על-מנת-ל-אוביט" (TSTO) להשתמש בשלב ראשון המופעל על-ידי ramjet, אשר מאיץ את הרכב למהירויות סופר-על-על-על-על גבוהות לפני שלב הרקטות משתלט באופן משמעותי על מנועי-התגובה של החברה הבריטית, אך לא ניתן להפעיל את אמצעי החמצן המהיר, אך ורקמות, אך ורקמות-ידיים, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורקמות-החומרים, אך ורקמות-הת-החומרים של מנועים של מנועים-החמצן המהירים, אך ורקמותיים-החומרים של חברת החמצן המופעלים, עדיין לא ניתן להפעיל את אמצעי-החומרים, אך ורקמות-התיקים-המתיקים-התיקים-הת, אך ורקמותיים-החומרים של חברת החמצן המופעלים, אך ורקמות-התיקים-התיקים-התיקים-התיקים-התיקים-התיקים-הת-התיקים-התיקים-ידי

כיוונים עתידיים וחדשנות

במבט קדימה, כמה מגמות מעצבות את האבולוציה של מנועי ramjet.

מנועים כפולים -Mode Ramjet /Scramjet Engines

כדי לכסות טווח מהירות רחב יותר, החוקרים מפתחים מנועי שיכולים לפעול במצב ramjet במספרים נמוכים יותר של מאך ולאחר מכן לעבור למצב סקורמט במספרים גבוהים יותר של מאך. . psJ כפול-mode (DMSJ) נבדקים עבור טילי שיוט היפרוזיים וכלי רכב גישה אל-מרחב.הם דורשים גיאומטריה משתנה בתוך אטריות ויציאה, כמו גם מערכות בקרה מתקדמות של דלק שיכול לנהל שני משטרים שונים.

כלי רכב היפרוזיניים

החזון לטווח ארוך כולל כלי אוויר היפרוזיים שניתן לקחת מהמסלול, להאיץ ל- Mach 5+, הפלגה במשך אלפי קילומטרים, ולקרקע שוב.מנועי מעשי עבור כלי רכב כאלה חייבים לשלב מחזור מהיר נמוך (טראוג'ט או טורף) עם מצב ניהול ramjet/scramjet חלקה, בתוספת היכולת decelerate ו-Land.

ייצור תוספתי וחומרים מתקדמים

הדפסה תלת מימדית (ייצור ממכר) מאפשרת ייצור של מרכיבים מורכבים ramjet עם ערוצי קירור מורכבים ומבנים קלים. ⁇ ⁇ ⁇ קרמיקה חדשים מפותחים לעמוד בטמפרטורות גבוהות יותר ללא קירור פעיל. השימוש של פחמן פחמן-פחמן מורכב, בדומה לאלה ב nozzles, הופך נפוץ יותר.

מסקנה

מנועי Ramjet נשארים טכנולוגיה חיונית לטיסה מהירה ארוכה.עיצוב פשוט, חזק מספק אמצעי יעיל של הנעה למשימות סופר-סטוניות ו hypersonic הדורשות הן מהירות וסיבולה.בעוד אתגרים כגון ניהול תרמי, טווח מהירות מוגבל, והסתמכות על מגבירים מתמיד, מחקר מתמשך ופיתוח ממשיכים לדחוף את הגבולות של מה אפשרי.