Ramjet Engine Design'a ve Operasyona Giriş

Ramjet motoru, kompresör bıçakları veya türbinler gibi dönen bazı parçalarının aksine, özellikle süpersonik ve hipersonik uçuş rejimleri üzerinde çalışan yüksek hızlı uygulamalar için olağanüstü güvenilir ve maliyetle etkili hale getiremez.Ancak, turbojet veya turbofan motorlarının aksine, yüksek Machfan motorlarını tasarlayan çok özellikler de kısıtlamalar gibi geri dönüşümlüdür: statik itmeler ve daha önce operasyonel hızlara yükseltilemez ve maliyetle hızlanabilirler.

Ramjet Engine'in Anahtar Bileşenleri

Bir ramjet dört temel alt sistemden oluşur: İnlet (profeksiyonel olarak adlandırılır), yanma odası, nozlu ve yakıt teslim sistemi. Her bir bileşen süpersonik uçuş koşulları boyunca birlikte çalışmak için dikkatli bir şekilde tasarlanmıştır.

The Inlet (Diffuser)

İntegra, bir ramjet'deki en kritik aerodinamik bileşenidir. işlevi, mekanik bir kompresör olmadan serbest-akıl süpersonik hava ve decelerle it subsonically, kinetik enerjiyi bir baskı artışına dönüştürmektir.Bu işlem, kompresyon olarak bilinen, motor ve #8217; birincil olarak, bu sabit kuvvetle baskının hızlanması ve statik basınç aralıklarının sabit kuvvetle değiştirilmesi gibi dramatik bir şekilde yavaştır.

Inlet performansı, düşük süpersonik hızlar tarafından ölçülüyor, ancak daha yüksek Mach numaraları (yaklaşık Mach 3) zayıf bir şokun ardından takip edilen yüksek basınç kurtarma, aynı zamanda düşük süpersonik hızlar için de gereklidir.

Combustion Chamber

Hava subsonik hıza sıkıştırılır ve sıkıştırılırsa, yakıtın yakıldığı ve yakıldığı yanma odasına girer. Yanan süreci genellikle yüksek hızda kullanılan gaz türbinlerine rağmen, yanmanın yakınında ısıya dayanıklı bir basınçla birlikte meydana gelir.

Yakıt, daha düşük hızlı ramlar veya hidrojen veya yüksek hızlı ve deneysel tasarımlar için atomize edilmesi ile enjekte edilir. Yaygın yakıtlar, kerosen bazlı hidrokarbonlar (JP-5, JP-10) daha düşük hızlı ramjetler veya hidrojen veya metan yanmalı motorlar için, yüksek hızda ısıtılabilir ve bu sert olmayan havalimanları hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen yanar.

Nozzle

Sıcak, yüksek basınçlı yanma ürünleri bir noz aracılığıyla çıkıyor, bu da onları süpersonik hızlara itmek için hızlandırıyor.Bir ramjet için, çıkış alanının neredeyse her zaman yakın zamanda Mach-divergent (C-D) tipini kontrol ediyor.

Nozzle tasarımı, egzoz gazlarının çevre basıncına genişlemesi için dikkate almalıdır. - veya aşırı-expansion sıkıştırılır ve soğutma ceketleri ile dolaşıma çıkabilir, çünkü motor sınırlı bir miktar yüksek çözünürlükte çalışır, ancak değişken nozullar bazen daha gelişmiş tasarımlarda kullanılır.

Yakıt Sistemi ve Teslimat

Yakıt sistemi, doğru basınç ve ısıyı enjekte edenlere karşı tutarlı bir yakıt akışı sağlamalı. Tipik bir ramjet, yakıt tanklarda depolanır ve ram hava veya ayrı bir pompa kullanarak baskı yapar. Kontrol sistemi, yüksek çözünürlükte yakıt akışı oranını gerektirir.For8217; düşük yoğunluk ve sızıntı eğilimi.

Bir Ramjet Nasıl Çalışır

Ramjet, termodinamik Brayton döngüsü üzerinde çalışır, ancak sadece inlet ve genişleme ile sadece nozul ve #8212 tarafından elde edilen kompresyonla elde edilir; motorun kendi başına başlamadığı anlamına gelir; gelen havadan gelen dinamik baskının netleştirilmesi gerekir.

Ramjets'teki Brayton Döngüsü

İdeal bir ramjet'de, hava süpersonik hızda kapanıyor, yüksek statik bir basınç ve sıcaklıkla sıkıştırılıyor, o zaman yakıtın yakıldığı, yaklaşık sabit basınçta ısındığı, elde edilen gazın daha sonra betonun üreteceği fark yaratıyor. net itme, gelen havanın ivmesi ve gelen havanın hız artışı arasındaki fark, artı noksanların noktr çıkışındaki herhangi bir basınç-area kuvvetine giriyor.

Başlangıç ve Operasyon Hızlandırma

Dikkate alındığında, bir ramjet sıfır ileriye doğru itemez.Başlangıçta motor, ilk hıza hız kazandırabilir ve perletin yeterli kompresyon elde edebileceği bir hıza hız kazandırmalıdır.Mantıka 2.5, tasarıma bağlı olarak motor decelerates başlarsa, bir motor bir roket, turbojet veya bir fırlatma uçağı ilk hız sağlar.Bir kez ramjet çalışırsa, yakıt temin edilebilir ve aerodinamik kuvvetler tasarım sınırları içinde kalır.

Güçlendirici sistemler

Ortak destek yöntemleri sağlam roket motorları (örneğin, birçok yüzey-hava füzeleri) içerir, türkçe bazlı birleştirilmiş roket (TBCC) hava-breathing cruise araçları veya hava-52 gibi bir annelik için ilk destek sağlar ve aynı zamanda devam eden bir roket, ama aynı zamanda ramjet test yatakları için de hizmet eder.

Tasarım ve Aerodinamik

Bir ramjet tasarımı, birkaç rakip aerodinamik ve termodinamik faktörü dengelemeyi içerir.Inlet aşırı sürüklemememelere neden olmadan yeterince hava yakalamak zorundadır; yanma odası aşırı kilodan kaçınmak için yeterince uzun olmalıdır; nozul, amaçlanan uçuş zarfı üzerindeki ortam basıncıyla eşleşmelidir.

Inlet Tipleri

  • [FONT=0) Normal Şok Inlet:[Dönetici:[Dönder: 1 ) Akışı azaltmak için tek bir perpendicular şok kullanın. Basit ama yüksek Mach numaralarına yüksek toplam baskı kaybından muzdariptir.
  • [FONT=0)Oblique Shock Inlet:[Dönder:[Dönder: 1 ) Bir dizi açı şoku kullanın (bir merkezden veya rampalardan) zayıf normal bir şokla takip edilir.Peygamber füzeleri 4.
  • [FONT:0]Mixed Essay Inlet:[Dönetici:[Dönder:) Dış ve iç sıkıştırma şokları hipersonik hızlarda çok yüksek basınç kurtarma elde etmek için (Mach 5+) dikkatli sınır katmanı kontrolü ve daha karmaşık.

Combustion Stability and Flame Holders

Yüksek hızlı bir akışta bir alevin stabilleştirilmesi zor. Alev sahipleri düşük seviyeli bir recirculation zone where Combocity recirculate, sürekli gelen yakıt hava karışımını optimize etmek için kullanılır. Ortak tasarımlar V-utters, bluff-bodyrs ve duvar boşlukları gibi yükümlülüklerin yerine getirilmesine bağlıdır.

Yakıt Enjeksiyonu Desenleri

İndüktörler duvar enjeksiyonları, strut enjeksiyonları veya aerodinamik olarak aşamalı olarak-tavı enjekte edenler, sıcak sıkıştırılmış hava ile yakıt hızlı karıştırıyor. sıvı yakıtlar için, damlacık ve dağıtım kritik. Gazeous yakıtlar için, enjekte edici tasarım penetrasyon ve moleküler karıştırmaya odaklanıyor.

Nozzle Konsülleri

Convergent-divergent nozlar süpersonik egzozlar için standarttır. Boğaz alanı akantıyı uyandırmak için boyutlandırılmıştır (Mach 1) ve genişleme oranı, yüksek irtifalarda, ortam basıncı yüksek olsa da, nozullar daha karmaşıktır.

Avantajları ve Sınırlamaları

Ramjets yüksek hızlı tahrik için birkaç önemli fayda sunuyor:

  • [FONT:0]Siksi:[[Dönetici:[Dönetici:0)) Ana motordaki hiçbir hareketsiz parçalar yüksek güvenilirlik, düşük bakım ve nispeten düşük maliyete yol açıyor.
  • [FONT:0) Yüksek Özel Taklit:[Dönetici: 1 ) Süpersonik hızlarda, termodinamik döngü verimliliği roket motorlarından daha yüksek, daha iyi yakıt ekonomisine sahip olmak.
  • [FONT:0) Yüksek Thrust Mechanic:[Dönetici:[Dönetici: 1) Basit akış yolu yüksek kütle akışı ve kompakt tasarıma izin verir, füzeler gibi hacimsel uygulamalar için uygun.

Ancak, aynı zamanda önemli kısıtlamalara sahiptir:

  • [FONT:0)Zero Statik Thrust:[Dönetici:[Dönetici: 1) Karmaşık bir güç sistemi gerektirir, karmaşık ve ağırlık ekleyin.
  • [FONT=0]Narrow İşletim Aralığı: [Dönetici ve nozul genellikle belirli bir Mach numarası ve yüksekliğe optimize edilir; tasarım performansı dagradları.
  • [FONT:0) Yüksek İç Sıcaklıklar: [Dönemli hipersonik uçuş aşırı termal yükler üretiyor, egzotik malzemeler veya aktif soğutma gerektiren.
  • [FONT:0] Lower specific Impulse at Low Speeds:[Dönetici: 0,3|0]|Dörtücük, düşük hızlarda özel olarak kullanılan bir uygulamadır.

Ramjet Motorlarının Uygulamaları

Ramjets öncelikle askeri ve deneysel yüksek hızlı platformlarda, birkaç niş sivil uygulama ile kullanılır.

Supersonik Füzeler

En yaygın uygulama süpersonik anti-ship ve yüzey-hava füzeleri. Örnekler, AGM-158C LRASM) (bu bir turbojet kullanıyor, ancak birçokjet füzesi var), bu füzeler 2 ila 4 arasında uçabiliyor, Ramjet-güçlü hava-hava füzesi ile yüksek hıza kadar yüksek hıza ihtiyaç duymaya devam ediyor.

Yüksek Hızlı Uçak ve Testbeds

Deneysel uçaklar, 0,0.Lockheed D-21) bir fikre sahip bir bütücü (Marquardt RJ43), son zamanlarda Mach için potansiyel gösterir, ancak operasyonel versiyonlar gelişimde kalır.

Uzay için Kombine Hazırlanmış Çevrimler

Ramjets aynı zamanda, daha düşük hızlar için bir ön soğutmalı turbojet parçası olarak da kabul edilir. Örneğin, algong hava-Breathing Rocket Engine (SABRE)) konsepti, uçuş için ilk bacak için atmosfer dışı bir turbojet kullanıyor ve hipersonik hız için bir hız için bir yük için.

Diğer Hava-Breathing Engines ile Karşılaştırma

Ramjets'in uygun olduğunu anlamak için, onları turbojets ve scramjets ile karşılaştırın:

  • [FONT:0]Turbojet: [Dönetici:[Dönetici] bir kompresör ve türbine sahiptir; Mach 3 ile ilgili düşük hızlardan verimli; geri kalanına daha karmaşık ve daha ağır bir ramjet.
  • [FONT:0]Scramjet: [Dönetici: [Dönetici] Bir ramjet değişkeni, yanmanın süpersonik aktığı yerde meydana geldiği bir ramjet değişkeni. 5-6 Mach'in üzerinde uçuşa izin verin, ancak yanma zamanı çok kısadır.
  • [FONT:0)Ramjet: [Dönetici: 0,3,0) Turbojet ve scramjet arasında hız aralığı (Mach 2 to 5). Odadaki Subsonik yanma, bir scramjet'dan daha kolay alev tutar, ancak inlet altsonik hızlara akır, yüksek Mach numaralarındaki kayıpları telafi etmek zorundadır.

Motor seçimi amaçlanan uçuş profiline bağlıdır. Mach 3'e hızlı bir şekilde hızlanması ve sonra bu hızı sürdürmesi için bir ramjet ideal.Bir kruvazopiyon hızlarında loiter ihtiyaç duyan bir seyir füzesi için, turbofan veya turbojet daha iyi.

Future Developments and Research

Mevcut araştırma, hız aralıklarını genişletmek, tasarım performansını geliştirmek ve maliyetleri azaltmak için odaklanmaktadır. Anahtar alanlar şunları içerir:

  • [0]Variable-Geometri Inlets ve Nozzles:[Dönetici: [DüzD:0] Mekanik veya sıvı ayarlamalar, Mach 2'den Mach 5+'ye etkili bir şekilde çalışabilmesine izin verir.
  • [FONT:0) Yüksek Çağ malzemeleri: Seramik matrix kompozitler (CMCs) ve ablalı kaplamalar aktif soğutma olmadan 3000 K'in üzerinde yanmaya dayanacak şekilde geliştiriliyor.
  • [FONT:0) Dijital Kontrol Sistemleri: [Dönetici: 0:1] Yakıt akışı ve Inlet geometrisinin model tabanlı kontrol kullanılarak gerçek zamanlı optimizasyonu, stabilite ve verimlilik geliştirebilir.
  • [ATR:0)Air-Turbo-Ramjets (ATR): [Dönder: 1) Bir gaz jeneratörünü yüksek hızda besleyerek statik itme üretmek için bir ramjet ile birleştiren Hibrit motorlar.

[FONTD:0]Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA)) ve [[FONTA) hipersonik teknoloji göstericilerini finanse etmeye devam ediyor, birçoğu bu, umut verici sonuçlara dayanıyor.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Ramjet motoru yüksek hızlı tahrik temelleri olarak kalır, mekanik basitliği süpersonik ve hipersonik ve konumlardaki ısıtımı ile birleştirir. Anahtar bileşenleri ve #8212;kes, yanma odası, noz, ve yakıt sistemi ve #8212; her iki askeri ve kablosuz havadaki logoların rolünü genişletmek için birlikte çalışır.Bu prensiplere karşı ilk olarak kullanımını belirli tasarıma ve uygulama, geometriye devam eden araştırma, gelişmiş malzemelere devam eder ve bir araya gelir.

[0]Daha fazla okuma için, [FONTA Glenn Research Center sayfasının ramjets[D:2) üzerindeki [FONTD:0) [Wikipedia'nın ramjet motorlarında ) yazısına göre ve [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN