Кіріспе
Үштік конустар (кейде соққы конустары немесе кіретін орталық денелер деп аталады) – кейбір үштік ұшақтар мен зымырандардың құрамдас бөлігі. Олар негізінен D 21 Tagboard және Lockheed X 7 сияқты қысымды-әуе реактивті қозғалтқыштарда (рамджеттерде) қолданылады. Su 7, MiG 21, English Electric Lightning және SR 71 сияқты кейбір турбореактивті ұшақтар да кіретін конусты пайдаланады.
Inlet cones (sometimes called shock cones or inlet centerbodies) are a component of some supersonic aircraft and missiles. They are primarily used on ramjets, such as the D 21 Tagboard and Lockheed X 7. Some turbojet aircraft including the Su 7, MiG 21, English Electric Lightning, and SR 71 also use an inlet cone.
Мақсаты
Осватич типті соқпақтың құрамы ретінде қолданылатын соқпақ конусы – газ турбиналық қозғалтқыш немесе соқпақ реактивті жану камерасы үшін көлбеу шок толқындары арқылы соқпақ қысылуы жүзеге асатын үш өлшемді бет. Ауаны конус арқылы төменгі дыбыс жылдамдығына дейін баяулату, жалпы қысымның жоғалуын азайтады (қысымды қалпына келтіруді арттырады). Сонымен қатар, конус кіреберіс қақпағының шетімен бірге, кіреберіске кіретін ағынды реттейтін аумақты анықтайды. Егер ағын қозғалтқышқа қажеттіден артық болса, шок толқынының орнының тұрақсыздығы (қуыс пайда болуы) туындауы мүмкін. Егер ағын қажеттіден кем болса, қысымды қалпына келтіру төмендейді, бұл қозғалтқыштың итергіш күшін азайтады. Конусты кіреберіс, әдетте, турбиналық қозғалтқыштағы валмен қоздырылатын жабдықтарға, мысалы, Bristol Thor соқпақ реактивті қозғалтқышының отын сорғысы үшін турбонасостарды және Bristol Bloodhound зымыранының гидравликалық жүйесін іске қосу үшін жоғары қысымды ауамен жабдықтау үшін қолданылуы мүмкін.
Пішіні
Конус бұрышы кіреберіс үшін есептеу шартында (English Electric Lightning кіреберісі үшін Мах 1.7), оның төбесінде пайда болатын соққы толқыны капот жиегімен сәйкес келеді. Кіреберіс өзінің максималды ауа ағынынан өтеді және максималды қысымды қалпына келтіреді. Жоғары есептеу жылдамдығы үшін, қанағаттанарлық қысымды қалпына келтіруді және максималды ауа ағынын өткізуді сақтау үшін, жиекке бағытталған екі көлбеу соққы қажет болуы мүмкін. Бұл жағдайда екі бұрышты биконикалық конус қажет (Bristol Thor ramjet үшін есептеу жылдамдығы 2.5 Мах үшін 24 және 31 градус). Жоғары жылдамдықтар үшін конус бұрыштары арасындағы тегіс контурлы өту, изоэнтропиялық тікенек (Marquardt RJ43 ramjet) деп аталатын әдіспен қолданылуы мүмкін. Конустық дене дөңгелек кіреберістегі толық конус орталық денесі (МиГ-21), бүйірлік фюзеляж кіреберісіндегі жарты конус (Lockheed F 104 Starfighter) немесе бүйірлік фюзеляж/қанат асты кіреберісіндегі ширек конус (General Dynamics F 111 Aardvark) болуы мүмкін. Конус өзінің максималды диаметрінен тыс, артқа қарап тұрып, каналдың ішінде көрінбейтін артқы бөлігі, алдыңғы бөлігінің пішініне ұқсас себептермен жасалған. Көрінетін конус – жалпы қысымның аз жоғалуын қажет ететін үстіркіш диффузор, ал артқы, ағынды бөлігі, каналдың ішкі бетінің пішінімен бірге, сондай-ақ ауа компрессорға кіретін Мах санына дейін баяулағанда жалпы қысымның аз жоғалуын қажет ететін үстіркіш диффузорды құрайды. Мах саны шамамен 2.2-ден төмен болса, барлық соққылық қысылу сыртқы түрде жүзеге асырылады. Жоғары Мах сандары үшін дыбыстан жоғары диффузияның бір бөлігі каналдың ішінде жүруі керек, бұл сыртқы/ішкі немесе аралас қысылу деп аталады. Бұл жағдайда алдыңғы жақтағы конустық беттің артқы бөлігі, каналдың ішкі бетінің пішінімен бірге, соңғы нормаль соққыға дейін кері соққылық толқындармен дыбыстан жоғары диффузияны жалғастырады. Lockheed SR 71 Blackbird жағдайында, дыбыстан жоғары қысымның бір бөлігі құбырдың ішінде орын алғандықтан, тікенек және ішкі капоттың беттері біртіндеп изоэнтропиялық қысым үшін қисайтылды. Кіреберіс конусының, сондай-ақ, тұтқындау аймағының каналдың ішкі тамақша аймағына байланысты өзгеруін бақылау үшін әртүрлі осьтік орналасулары бар. Ең жақсы қабылдау үшін бұл қажетті аудан арақатынасы ұшу Мах санының артуымен ұлғаяды, сондықтан SR 71-дегі кіреберіс конусының қозғалысы төмен жылдамдықтан 3.2 Махқа дейін жақсы жұмыс істеуі керек болды. SR 71-де конус жоғары жылдамдықтарда артқа жылжиды.
Операция
Субсоникалық ұшу жылдамдықтарында конустық кіреберіс Питот кірісі немесе субсоникалық диффузор сияқты жұмыс істейді. Бірақ, көлік үстінқы жылдамдыққа жеткенде конустық соққы толқыны пайда болады, ол конус ұшынан шығады. Соққы толқыны арқылы өтетін аудан кішірейеді және ауа қысылады. Ұшу Мах саны артқан сайын конустық соққы толқыны көбірек бұрыштанады және соңында кіреберіс жиегіне соғылады. Жоғары ұшу жылдамдықтары үшін, кең ауқымда тиімді үдеуді қамтамасыз ету үшін жылдамдық конусы қажет болады. Ұшу жылдамдығы артқанда, әдеттегі Осватич типті жылдамдық конустық кіреберісте конус алға жылжытылады (MiG-21), ал егер конус Осватич емес типте болса (SR-71), ол артқа немесе кіреберіске қарай жылжытылады. Екі жағдайда да конус бетінің пішіні мен ішкі каналдың бетінің есебінен, ішкі ағын ауданы ауаны үстінқы жылдамдықпен қысуды жалғастыру үшін қажетті деңгейден төмендейді. Бұл жолмен болатын қысылу "ішкі қысылу" деп аталады (конустағы "сыртқы қысылудан" өзгеше). Ағынның ең кішкентай ауданында немесе тамасында қалыпты немесе жазық соққы пайда болады. Содан кейін ағын ауданы қозғалтқышқа дейін дыбыс төменгі қысылу немесе диффузия үшін ұлғаяды. Конустың кіреберістегі орны әдетте автоматты түрде басқарылады, соққы толқыны тамастың артында дұрыс орналасқан болуын қамтамасыз ету үшін. Кейбір жағдайларда соққы толқыны кіреберістен шығып кетуі мүмкін. Бұл "қайта бастау" деп аталады.
appears, emanating from the cone apex. The flow area through the shock wave decreases and the air is compressed. As the flight Mach number increases, the conical shock wave becomes more oblique and eventually impinges on the intake lip. For higher flight speeds a moving cone becomes necessary to allow the supersonic compression to occur more efficiently over a wider range of speeds. With increasing flight speed, in typical Oswatitsch type supersonic moving cone inlet the cone is moved forward (MiG 21), and if it is non Oswatitsch type cone inlet (SR 71) it is moved to the rear, or into the intake. In both cases, due to the shape of the cone surface and the internal duct surface the internal flow area gets less as required to continue compressing the air supersonically. The compression occurring in this path is called "internal compression" (as opposed to the "external compression" on the cone). At the minimum flow area, or throat, a normal or plane shock occurs. The flow area then increases for subsonic compression, or diffusion, up to the engine face. The position of the cone within the intake is usually controlled automatically to keep the plane shock wave correctly located just downstream of the throat. Certain circumstances can cause the shock wave to be expelled from the intake. This is known as an unstart.
Түрлі пішіндер
Кейбір ауа кіреберістерінде екі конус шок толқынын қалыптастыратын биконустық орталық дене (MIG 21) болады, екеуі де кіреберістің жиегіне бағытталған. Бұл қысымды қалпына келтіруді жақсартады. Кейбір ұшақтар (BAC TSR 2, F 104, Mirage III) жартылай конус тәрізді орталық денеді пайдаланады. F 111 ұшағында ось бойымен жылғалынатын төртінші конус және одан кейін кеңейетін конус бөлігі бар. Concorde, Ту 144, F 15 Eagle, МиГ 25 Foxbat және A 5 Vigilante ұшақтарында екі конустың орнына жалпақ кіреберіс пандусы бар, тікбұрышты формалы нацелла қолданылады. Кіреберіс пандустары соққыларды болдырмау үшін кіреберіс кавулін (F 22 Raptor, F 35 Lightning II) бұруға мүмкіндік береді. Кейбір басқа да үстіндік жылдамдықты ұшақтар (Eurofighter Typhoon) жоғары шабуыл бұрышында жұмыс істеу үшін өзгермелі төменгі каверлі жиекті және кіреберіс пандусына енгізілген қан кету жүйесін (көпіршікті қабырға) қолданады, бұл үстіндік ағынды тұрақтандыруға көмектеседі. Кіреберіс ағынын жақсарту (қиылыстарды азайту) үшін кіреберістің астыңғы жағындағы пандусқа ауа құйылады. Фюзеляждан дивертормен бөлінген пандус ағынды баяулату үшін көлбеу шок толқынын тудырады. Екі кіреберісті бөліп тұратын бөлгіш пластинаның алдыңғы жиегі осы көлбеу шок толқынынан кейін орналасқан. Көптеген үстіндік жылдамдықты ұшақтар (F 16 Fighting Falcon) конустық орталық денесіз және қарапайым питот кіреберісін пайдаланады. Ұшу жылдамдығы үстіндік болғанда кіреберістің алдында күшті, тұрақты шок толқыны пайда болады, бұл қысымды нашар қалпына келтіруге әкеледі. NASA 2.2 Мах жылдамдығынан жоғары жылдамдықтар үшін қажетті сыртқы/ішкі немесе аралас қысылу кіреберісіне баламасын сынап көрді (одан төмен жылдамдықтарда барлық сыртқы қысылуы бар кіреберістер қолданылады). Аралас қысылу кіреберісі ішкі шок толқынының кіреберістің алдына шығуына немесе іске қосылуына бейім. NASA-ның параметрлік кіреберісі барлық үстіндік қысылуды сырттан жасайды, сондықтан құбырдың ішінде тұрақсыз жерде шок толқыны пайда болмайды.