¿Cuáles son las ventajas de un cono/punta/cuerpo central de entrada frente a una entrada 2D?

Ambas son formas de crear choques de compresión para comprimir y desacelerar el aire supersónico .

tomas de espiga

La espiga central se caracteriza por:

• flujo ininterrumpido,
• peso ligero y compacidad, y
• fácil ajuste a la velocidad y el flujo másico a altas velocidades de vuelo mediante la traducción del pico.

Sus desventajas son:

• gran pérdida de eficiencia con ángulo de ataque y deslizamiento lateral,
• canalización interna larga,
• espacio limitado para la instalación de radares, y
• caudal másico limitado a baja velocidad.

Las tomas típicas de pico central son las del MiG-21 o el SR-71, como se muestra a continuación. Tenga en cuenta la variación en el ángulo del cono que ayuda a crear choques adicionales más pronunciados, de modo que el flujo se desacelera gradualmente durante una secuencia de choques. El interior se rellena con un sistema de radar o hueco en el caso del SR-71. A la altura del labio de admisión, el pico SR-71 tiene una pared perforada para succionar la capa límite del pico, y detrás de eso contiene el mecanismo de traslación que lo mueve hacia adelante y hacia atrás para ajustar la sección transversal de admisión y para ajustar el amortiguador. posición.

Una variante de la espiga central es una entrada lateral con medio cono de compresión, como se usa en el Mirage III , el F-104 Starfighter o el TSR-2 . Su ubicación en el lado del fuselaje ayuda a reducir la longitud de los conductos internos y la distorsión del flujo debido al deslizamiento lateral. También libera espacio en la punta del fuselaje para una antena de radar más grande. Sin embargo, ahora la capa límite del fuselaje tiene que ser dividida por una placa divisoria para asegurar el mismo flujo de energía en toda la sección transversal de admisión.

La siguiente imagen muestra el English Electric Lightning con su entrada de punta central alimentando dos motores Rolls-Royce Avon y la entrada lateral del TSR-2. Tenga en cuenta las puertas de admisión adicionales detrás del labio de admisión del TSR-2 que se necesitaban para aumentar el flujo másico a baja velocidad.

El F-111 tiene una entrada de punta de cuarto de círculo. Aquí, la raíz del ala también ayuda a dirigir el flujo, por lo que las variaciones del ángulo de ataque producen menos distorsión del flujo de admisión. Para succionar la capa límite de admisión, la punta está perforada en la posición longitudinal de los labios de admisión.

tomas de rampa

Lo que llamas tomas 2D son normalmente rectangulares con una forma oblicua. El borde delantero se usa para crear un impacto oblicuo que se puede posicionar para golpear el borde trasero en el lado opuesto moviendo uno o ambos bordes hacia arriba y hacia abajo. Esto también cambia la sección transversal de la entrada, por lo que se pueden realizar ajustes para el flujo másico en un amplio rango. Una rampa ajustable detrás del borde delantero permite crear más choques con una oblicuidad decreciente, de modo que el flujo se desacelera por una secuencia de choques. Las tomas de rampa típicas son las del F-14 , el F-15 o el Concorde . Sus ventajas son:

• Adaptabilidad en una amplia gama de condiciones de flujo, ángulos de ataque y flujos másicos, y
• Adaptación del sistema de choque para una eficiencia óptima en una amplia gama de velocidades supersónicas.

Su desventaja es una consecuencia de la amplia adaptabilidad:

• Alto peso y complejidad.

Tenga en cuenta que la presión en la entrada es un múltiplo de la presión exterior a velocidad supersónica, por lo que la entrada es en realidad un conducto presurizado. Una entrada rectangular necesitará refuerzos estructurales masivos para mantenerse en forma mientras que la sección transversal cambia a una forma redonda aguas abajo.

El siguiente dibujo muestra la admisión del F-14 en diferentes condiciones de flujo. Tenga en cuenta que los labios de entrada afilados requieren que estén exactamente alineados con la dirección del flujo local para evitar la separación del flujo.

Mientras que una toma de aire central es la mejor opción para volar a la velocidad de diseño, la entrada rectangular funciona mejor en una amplia gama de velocidades. El cambio en la doctrina del combate aéreo de volar lo más rápido posible (década de 1950) a volar principalmente subsónico con breves guiones supersónicos (desde la década de 1970) se refleja en la elección del tipo de admisión.

Tomas hipersónicas

Cuando se vuela a Mach 5 y superior, la oblicuidad de las ondas de choque requerirá una toma muy larga, y los diseños efectivos usan el lado inferior del fuselaje delantero como parte de la toma para crear la secuencia necesaria de sacudidas para recuperar la presión. Ahora, el morro del fuselaje se convierte en el borde delantero de la admisión, y el cuerpo tiene forma para crear impactos cada vez más pronunciados. Alternativamente, el fuselaje delantero inferior tiene la forma de funcionar como una sección de una espiga. Lo que parece la admisión real es en realidad el labio de admisión trasero, y la sección divergente de la admisión detrás del labio trasero se reduce ya que el flujo en el área de combustión sigue siendo supersónico para mantener las temperaturas manejables, lo que convierte al motor en un scramjet. Esta respuesta tiene más información sobre la combustión supersónica.

Tenga en cuenta que este tipo de admisión está optimizado para una velocidad y es posible muy poco ajuste. Las siguientes imágenes muestran un estudio CFD de la NASA del X-43A (izquierda, fuente ) y el proyecto ruso Ajax (derecha, fuente ). Un scramjet puede usar ambos tipos de admisión, y el diseño del fuselaje determinará de qué tipo será.

El fuselaje trasero ahora se convierte en la boquilla del motor, porque la mayor parte de la expansión ocurrirá después de que el flujo abandone la parte cerrada del motor.