¿Qué fenómenos aerodinámicos pueden disminuir el gradiente de presión en la ingestión de la capa límite?

Primero, déjame explicarte el contexto de tu pregunta: se trata de un concepto para un futuro avión comercial:

_{Boeing Blended-Wing-Body Model 450-1U, tomado de NASA/CR-2006-214534 .}

En la impresión del artista que se muestra arriba, los motores están colocados sobre puntales para lograr un campo de flujo uniforme en la cara de admisión. Sin embargo, el área de la superficie del puntal y la góndola contribuirá con una resistencia que podría evitarse si los motores se montaran más cerca del fuselaje trasero. La siguiente imagen, tomada de la misma fuente, muestra una representación CAD de una posible geometría con motores semienterrados:

La desventaja de este concepto es la ingestión del flujo de la capa límite, de modo que el perfil de velocidad sobre la cara de entrada muestra un gradiente de velocidad (IMC = ingestión de la capa límite). Esto dará como resultado un flujo distorsionado en el compresor y variaciones cíclicas de presión para las paletas del compresor, lo que a su vez requerirá una geometría de compresor más robusta y menos optimizada o correrá el riesgo de que el compresor se detenga y falle antes de tiempo. Además, la pérdida de energía dentro de la capa límite da como resultado una menor recuperación de presión delante y dentro de la admisión, lo que aumentará el consumo específico de combustible.

O para citar la página de la NASA sobre entradas :

A medida que el aire pasa de la corriente libre a la cara del compresor, la entrada puede distorsionar el flujo. En la cara del compresor, una parte del flujo puede tener una mayor velocidad o una mayor presión que otra parte. El flujo puede ser arremolinado o alguna sección de la capa límite puede ser más gruesa que otra debido a la forma de la entrada. Las palas del rotor del compresor se mueven en círculos alrededor del eje central. A medida que los álabes encuentran un flujo de entrada distorsionado, las condiciones de flujo alrededor del álabe cambian muy rápidamente. Las condiciones de flujo cambiantes pueden causar la separación del flujo en el compresor, un bloqueo del compresor y pueden causar problemas estructurales para las paletas del compresor. Una buena entrada debe producir alta recuperación de presión, baja resistencia al derrame y baja distorsión.

La pregunta ahora es: ¿Qué se puede hacer para mantener el concepto de motor semienterrado pero para evitar la distorsión del flujo de admisión por la ingestión de la capa límite?

Solución 1:

Resulta que el mismo artículo de la NASA propone un desviador simple delante de los motores que se supone que empuja la capa límite lenta hacia un lado:

Solución 2:

Una solución aún mejor es usar una placa divisoria; después de todo, el motor semienterrado tiene una entrada muy similar a las entradas laterales de los aviones de entrenamiento y de combate. A continuación se muestra un ejemplo de otro avión subsónico, el avión de entrenamiento checo L-39 Albatros :

_{Admisión de placa divisora ​​subsónica en el L 39 ( fuente de la imagen )}

Solución 3:

La succión de la capa límite, que se usa con menos frecuencia, se puede emplear para eliminar el aire de movimiento lento cerca de la superficie y restablecer un perfil de velocidad más uniforme. Aquí mi ejemplo es la admisión del Eurofighter EF-2000, donde se utiliza la succión de la capa límite para eliminar la capa límite que se ha acumulado en la placa divisoria misma:

_{Admisión EF-2000, aquí abusada como compartimiento de equipaje. La rejilla de agujeros se utiliza para succionar la capa límite.}

Se usó un arreglo similar en el cono de admisión del SR-71, pero no encontré una buena imagen. Sin embargo, la succión de la capa límite no es el tipo de solución pasiva que desea. Pero tiene la ventaja de ser adaptable a la situación de vuelo específica.

Solución 4:

Tampoco sería pasivo, y no se usaría en los aviones existentes, una superficie móvil delante de la entrada. Esto se ha probado con cilindros giratorios en las roturas de aletas , y existe literatura que cubre el tema . La superficie móvil revertirá el efecto del ala delante de la entrada y reactivará la capa límite justo delante o dentro de la entrada.

En todos los casos, debe verificar si las pérdidas recientemente incurridas por la manipulación de la capa límite serán menores que las ganancias en la eficiencia del motor. No entré en los generadores de vórtices: podrían ayudar a igualar la pérdida de velocidad o al menos a reducir el gradiente de velocidad hacia la superficie, pero incurren en pérdidas nuevas e intensas por sí mismos y lo más probable es que reduzcan mucho la eficiencia. Si están bien colocados, reducirán la distorsión de admisión, pero al precio de una recuperación de presión muy reducida.

Tendencia actual... simplemente acéptela y haga un ventilador/compresor que sea capaz de trabajar en la capa límite. El último concepto de la NASA sobre esto (aquí hay un enlace https://www.nasa.gov/feature/aviation-renaissance-nasa-advances-concepts-for-next-gen-aircraft ) es que al ingerir la capa límite que podrían necesitar más potencia, pero también reducen la resistencia. Piénselo de esta manera, un motor ya necesita desacelerar el aire que ingresa a alta velocidad, al hacer esto se desperdicia algo de energía (sin embargo, la mayor parte se convierte en presión), la capa límite ya está desacelerada, por lo que si se puede usar, entonces usted no están desperdiciando energía en la desaceleración dos veces.