Giriş: Supersonic Engine ve Şok Dalga Challenge

Ramjets, araçtan gelen hava dalgalarının hızla yanyana doğru hareket etmesinin bir sınıfını temsil ediyor.Bu nedenle, patlamadan önce süpersonik hızlara en verimli şekilde çalışan jet motorlarını bu sıkıştırmayı anlamak için tamamen araç hareketlerine güveniyorlar.Bu nedenle, şok dalgalarının oluşumu ve yönetimine doğru yol açıyorlar.

Şok Dalgaları Nedir?

Bir şok dalgası, sıradan baskı dalgalarının yaklaşımıyla ilgili bir kesintiye yol açıyor.Bir sıvıda sesin yerel hızından daha hızlı hareket eden bir rahatsızlıktır.Bir bombada, bir uçak veya bir motor tıkanıklığı gibi, süpersonik hızlarda hareket eder, hız ve ısının önündeki hava, bir şok dalgasının kalınlığının birkaçı, gaz moleküllerinin serbest yolları için uyarılamaz.

Birkaç şok dalgası türü ramjet operasyonu ile ilgilidir:

  • [FONT:0) Normal Şok Dalgaları [Dönder: 1) - Occur perpendiculara akış yönünden büyük bir düşüşe neden oluyor (Politikadan altlara) ve statik basınç ve sıcaklık artışına neden oluyor. Normal şoklar genellikle motor verimliliğini azaltır.
  • [FONT=0)Oblique Shock Waves[[Dönder: 1)) - Gelen aya doğru bir şekilde formlar. Belirli bir Mach numarası için normal şoklardan daha zayıflar, yani toplam baskı kayıpları. Oblique şoklar akışa dönüşür ve sıkıştırır, sürüklenebilir ve sıkıştırmayı arttırırlar.
  • [FONT=0]Bow Shock Waves[[Dönetici: 1))) - Bir blunt gövdesinin önünde bulunan ve yüksek sayıda Mach, bir yay şoku, sıkıca yönetilen bir baskı kaybından kaçınır.

Bir şok dalgasının oluşumu, Mach numarasına, vücudun geometrisine ve akış koşullarındaki akışlara bağlıdır.Sürekli yüzeylerde, şokların bağlı olup olmadığını belirler (normal veya yay).

Şok Dalgalarının Arkasındaki Fizik

Koruma Yasaları ve Rankine-Hugoniot Equations

Şok dalgaları, kütle, momentum ve enerji korumanın sonsuzlukta yönetilir.Bir sabit şok dalgası için, bu yasalar akrep-Hugoniot denklemleri[Dönemli: 1) ve alt akım ile ilgilidir (sözde 2) şok: 0,0).

  • Mass: ⁇ 1u1 = ⁇ 2u2
  • Momentum: p1 + ⁇ 1u12 = p2 + ⁇ 2u22
  • Enerji: h1 + (1/2)u12 = h2 + (1/2)u22

⁇ 'nin yoğunluğu, u hız, p baskı ve h'nin mükemmel bir gaz için, denklemler yüksek Mach sayısı bakımından ifade edilebilir M1 = 6, statik sıcaklık 7 veya daha fazla faktör tarafından artabilir ve basınç oranı p2/p1 M1 ile artar. Şok arasındaki sıcaklık artışı yüksek Mach numaralarına da şiddetli hale gelir - örneğin, M1 = 6, statik sıcaklık 7 veya daha fazla faktör tarafından artabilir.

Tamamlayıcı Akış Phenomena

Şok dalgaları sıkıştırılabilir bir akış fenomendir. subsonik akışta, ses hızındaki baskı rahatsızlıkları, akışın yavaş ayarlamasına izin verir. süpersonik akışta, rahatsızlıklar aniden şoka uğratamaz, bu yüzden akıtılış bir şokta değişiklik yapmalıdır.

Mach Number ve Şok Dalga

oblique şokları için, şok açısı (yüz) ve akış defleksiyon açısı ( ⁇ ) koruma yasalarından elde edilen aşağıdaki denklemle ilgilidir:

Tan( ⁇ ) = 2 cot( ⁇ ) * (M12 sin2- 1 / (M12 ( ⁇ + cos(2LR) + 2)

Belirli ısıların oranı nerededir? Verilen bir M1 ve ⁇ için, şokun en küçük bir hafifçe ve daha büyük bir α ile zayıf bir şok vardır. Ramjet inlets tipik olarak zayıf şok kolunda kayıpları en aza indirmek için çalışır. şokun en yüksek olası bir boşluktır.

Şok dalgalarının temelleri hakkında daha fazla okuma için, [[0)NASA Glenn Research Center sayfası şok dalgalar üzerinde[Dönetici: 1) mükemmel bir genel bakış sağlar.

Ramjets'te Şok Dalgaları

Inlet'in Rolü

Bir ramjet'de, inlet (veya diffüz) gelen süpersonik havayı yakmadan önce altsonik hızlara çıkarmaktan sorumludur. Bu decelerasyon, bir şok dalgaları oluşturmak için gerçekleşir. Klasikjet inlet merkezi bir artış veya bir dizi rampalar kullanır[Dönder).

Daha verimli bir tasarım, başlangıçtan kaçınmak için arayın (normal şokun) bir kısmı, şok treninin içerideki bir şok dalgalarının (toplama ve tüm baskı kurtarma ile birlikte) ısıtılması gerekir - tüm uçuş koşullarından kovulması gereken bir durumdur.

Normal vs. Inlet Design'da Oblique Şoks

Inlet'deki tek normal bir şok, sıkıştırma sağlayacaktır, ancak yüksek Mach numaraları toplam baskı kaybının yasaklanmış büyük hale geldiğini gösterir. Örneğin, M1 = 3, normal bir şok, yaklaşık 65. In contrast, a system of oblique şoklar, toplam baskı kurtarma oranına %90'dan fazla bir baskı ile benzer bir baskı oranı elde edebilir.Bu yüzden pratik ramjetler çoklu oblique şoklar kullanıyor, bazen birlikte akışla birlikte, bazen kombine edilir.

Ancak, oblique şokları sadece altonik hızlara akmıyor; normal bir şok hala son aşama olarak gerekli.The key is to reduce the Mach number inside the normal şok to a low supersonik değer (e.g., 1.3-1.5) so that that the normal şok zayıf ve toplam baskı kaybı küçük.

Şok Wave Boundary Katman Interaction

Ramjet inlets'de ek bir meydan okuma şok dalgaları ve sınır tabakası arasındaki etkileşimdir.Bir oblique şok sağlam bir yüzeyde engellenir ve bu etkileri azaltmak için sınır tabakasına neden olabilir.(Shock Wave Boundary Katman Interaction, reduce effective flow alanı, and lead to inlet unstart.)

Ramjet Performansı Üzerine Etkisi

Kombinasyon Verimliliği ve Toplam Basınç Kurtarma

İntegra performansının birincil ölçüsü, toplam baskı kurtarma [Dönder: 1))) [Dönderlik:))) için kullanılan toplam baskı oranı, yüksek çözünürlükte çalışan bir miktar yüksek çözünürlükte daha az enerji kaybı anlamına gelir.

Combustion Stability

Kombine giren akış, ısı ve basınçta subsonik ve üniforma olmalıdır. şok pozisyonu yanlışsa, akış, incel ve vitreusatör arasında bir tampon olarak hareket edebilir, alev yayılımını veya yanmayı önleyen basıncı engeller.Ancak, eğer isolatorluk akış profilleri ile çalışan sert veya yakıt stratejileri ile tasarlanmıştır.

Drag ve Thrust Balance Balance

İnlet sıkıştırma üretirken, doğru kütle akışı yakalamak ve dış sıkıştırma yüzeylerinden gelen dalga sürüklenmek için sürüklenme oluşturur.The net it of the ramjet is the difference between the heavy Push (from the no) and the inlet drag. Verimli şok yönetimi, çekmenin doğru kütle akışını yakalamak ve şokları zayıf tutmaktan dolayı dökülüyor.The net itt:0AIAA Belirli uçuş Mach numaraları için optimize edilmiş en iyi şekilde yapılan sayısız makale yayınlar.

Operasyonel Limitler: Unstart

Belki şok dalgalarının en şiddetli performansı etkisi urpert:0)Başlangıçta [Dönder:) Bu, normal şokun komiserden baskıya maruz kaldığı zaman, uçuş koşullarından veya sınır tabakalarında aniden bir değişiklik gerektirir.

Şok Dalga Yönetiminde İleri Konular

Geometrik Inlets

Süpersonik hızların bir yelpazesi üzerinde verimli bir şekilde çalışmak için, birçok ramjets aynı sıkıştırma oranını elde etmek için gerekliydi.Bu insekler şok yapısını değiştirmek için başın veya rampaların konumunu değiştirebilir, örneğin, daha düşük Mach numaraları, aynı sıkıştırma oranını elde etmek için daha oblique şoka ihtiyaç duyuyor; yüksek Mach numaralarına, şok açılarından düzebiliteye kadar uzanır.

Aktif Akış Kontrol Kontrolü

Son araştırmalar şok trenlerini stabilize etmek ve başlamamak için aktif kontrol tekniklerini araştırıyor. Bunlar, sınır katmanından kan havasını, küçük jetleri ayrılıkların yukarı doğru enjekte etmek veya plazma aksiyoncuları şok gücü değiştirmek için kullanıyor. Aktif kontrol geçici yanıt geliştirebiliyor ve özellikle de hipersonik uçuş için planlanan yük jetleri için doğru hassastır.

Scramjets'e geçiş

Yaklaşık 6'nın üzerindeki Mach numaraları, şok sıkıştırmadan gelen sıcaklık o kadar büyük olur ki, motor boyunca akış süpersonik kalır veya havadan dolayı şok dalgaları hala yüksek olur, ancak yanmalı bir patlamada meydana gelir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Şok dalgaları hem bir zorunluluk hem de ramjet motorlarında bir meydan okumadır. Mekanik bir kompresör olmadan çalışabilmesine izin veren sıkıştırma sağlar, ancak performansla sınırlı olan kayıpları ve enst yükümlülüklerini de ortaya koyarlar. Yüksek performanslı uçuşun peşindeki yenilikler, geometri değişkeni, aktif akış kontrolü ve şok dalgası tahminine göre, her türlü baskı kurtarmayı elde eden mühendislere temel ilkelere ihtiyaç duyacaktır.