Каковы преимущества входного конуса/шипа/центрального корпуса по сравнению с 2D-впускным отверстием?

Оба являются способами создания скачков сжатия для сжатия и замедления сверхзвукового воздуха .

Шипы потребления

Центральный шип характеризуется:

• ненарушенный поток,
• малый вес и компактность,
• легкая регулировка скорости и массового расхода на высоких скоростях полета путем перевода шипа.

Его недостатки:

• большая потеря эффективности с углом атаки и боковым скольжением,
• длинный внутренний воздуховод,
• ограниченное пространство для установки радара и
• ограниченный массовый расход на низкой скорости.

Типичными воздухозаборниками центрального шипа являются воздухозаборники МиГ-21 или SR-71, как показано ниже. Обратите внимание на изменение угла конуса, которое помогает создавать дополнительные, более крутые толчки, так что поток постепенно замедляется в течение последовательности толчков. Внутренняя часть заполнена радиолокационной системой или полостью в случае SR-71. На высоте впускной кромки шип СР-71 имеет перфорированную стенку для отсасывания пограничного слоя шипа, а в задней части содержит механизм перемещения, который перемещает его вперед и назад для регулировки входного сечения и регулировки амортизатора. должность.

Вариантом центрального шипа является боковой воздухозаборник с компрессионным полуконусом, который используется на Mirage III , F-104 Starfighter или TSR-2 . Их расположение со стороны фюзеляжа позволяет уменьшить длину внутренних воздуховодов и уменьшить искажение потока из-за бокового скольжения. Это также освобождает место в конце фюзеляжа для более крупной радиолокационной антенны. Однако теперь пограничный слой фюзеляжа должен быть разделен разделительной пластиной, чтобы обеспечить одинаковую энергию потока по всему сечению воздухозаборника.

На рисунке ниже показан English Electric Lightning с центральным впускным патрубком, питающим два двигателя Rolls-Royce Avon, и боковым впуском TSR-2. Обратите внимание на дополнительные впускные люки позади впускной кромки TSR-2, которые были необходимы для увеличения массового расхода на низкой скорости.

F-111 имеет воздухозаборник с шипами в форме четверти круга. Здесь корень крыла также помогает направлять поток, поэтому изменения угла атаки вызывают меньшее искажение потока на впуске. Для отсоса всасывающего пограничного слоя игла перфорирована в продольном положении всасывающих кромок.

Впускные устройства рампы

То, что вы называете 2D-входами, обычно имеет прямоугольную форму с наклонной формой. Передний край используется для создания косого удара, который можно расположить так, чтобы он ударил задний край на противоположной стороне, сдвинув один или оба края вверх и вниз. Это также изменяет поперечное сечение впуска, поэтому можно регулировать массовый расход в широком диапазоне. Регулируемая рампа позади передней кромки позволяет создавать больше толчков с уменьшающимся наклоном, так что поток замедляется последовательностью толчков. Типичными воздухозаборниками для аппарели являются F-14 , F-15 или Concorde . Их преимущества:

• Приспособляемость к широкому диапазону условий потока, углов атаки и массового расхода, а также
• адаптация ударной системы для оптимальной эффективности в широком диапазоне сверхзвуковых скоростей.

Их недостаток является следствием широкой технологичности:

• Большой вес и сложность.

Обратите внимание, что давление во впуске кратно внешнему давлению на сверхзвуковой скорости, поэтому впуск на самом деле представляет собой канал под давлением. Прямоугольному воздухозаборнику потребуются массивные структурные усиления, чтобы сохранить форму, в то время как поперечное сечение переходит в круглую форму ниже по течению.

На рисунке ниже показан впуск F-14 при различных условиях потока. Обратите внимание, что острые впускные кромки требуют, чтобы они были точно выровнены с местным направлением потока, чтобы избежать отрыва потока.

В то время как воздухозаборник с центральным шипом является лучшим выбором для полета на расчетной скорости, прямоугольный воздухозаборник лучше работает в широком диапазоне скоростей. Сдвиг в доктрине воздушного боя от максимально быстрого полета (1950-е годы) к полетам в основном дозвуковым с короткими сверхзвуковыми рывками (с 1970-х годов) находит свое отражение в выборе типа воздухозаборника.

Гиперзвуковые воздухозаборники

При полете со скоростью 5 Маха и выше из-за наклона ударных волн потребуется очень длинный воздухозаборник, и в эффективных конструкциях используется нижняя часть носовой части фюзеляжа как часть воздухозаборника для создания необходимой последовательности толчков для восстановления давления. Теперь носовая часть фюзеляжа становится передней кромкой воздухозаборника, а форма корпуса позволяет создавать еще более крутые толчки. В качестве альтернативы нижняя часть носовой части фюзеляжа имеет форму секции шипа. То, что выглядит как фактический впуск, на самом деле является задней впускной кромкой, а расширяющаяся часть впуска за задней кромкой уменьшена, поскольку поток в зоне сгорания все еще остается сверхзвуковым, чтобы поддерживать управляемые температуры, что делает двигатель ГПВРД. Этот ответ содержит больше информации о сверхзвуковом сгорании.

Обратите внимание, что этот тип впуска оптимизирован для одной скорости, и возможна очень небольшая регулировка. На рисунках ниже показано исследование NASA CFD X-43A (слева, источник ) и российского проекта Ajax (справа, источник ). ГПВРД может использовать оба типа воздухозаборника, и конструкция фюзеляжа будет определять, какой тип он будет.

Задняя часть фюзеляжа теперь становится соплом двигателя, потому что большая часть расширения произойдет после того, как поток покинет закрытую часть двигателя.