Was sind die Vorzüge eines Einlasskegels/Spikes/Zentralkörpers gegenüber einem 2D-Einlass?

Beides sind Möglichkeiten, Kompressionsstöße zu erzeugen, um Überschallluft zu komprimieren und abzubremsen .

Spike-Einnahmen

Die zentrale Spitze ist gekennzeichnet durch:

• ungestörter Fluss,
• geringes Gewicht und Kompaktheit und
• einfache Anpassung an Geschwindigkeit und Massenstrom bei hohen Fluggeschwindigkeiten durch Übersetzen der Spitze.

Seine Nachteile sind:

• großer Wirkungsgradverlust bei Anstellwinkel und Seitenschlupf,
• lange interne Leitungen,
• begrenzter Platz für die Radarinstallation und
• begrenzter Massenstrom bei niedriger Geschwindigkeit.

Typische zentrale Spitzeneinlässe sind die der MiG-21 oder der SR-71, wie unten gezeigt. Beachten Sie die Variation des Kegelwinkels, die dazu beiträgt, zusätzliche, steilere Stöße zu erzeugen, so dass die Strömung über eine Folge von Stößen allmählich verzögert wird. Das Innere ist mit einem Radarsystem gefüllt oder beim SR-71 hohl. Auf Höhe der Ansauglippe hat der SR-71 Spike eine perforierte Wand, um die Grenzschicht des Spikes abzusaugen, und dahinter enthält er den Übersetzungsmechanismus, der ihn hin und her verschiebt, um den Ansaugquerschnitt einzustellen und den Dämpfer einzustellen Position.

Eine Variante des zentralen Dorns ist ein seitlicher Einlass mit einem Kompressionshalbkegel, wie er bei der Mirage III , der F-104 Starfighter oder der TSR-2 verwendet wird . Ihre Anordnung an der Rumpfseite trägt dazu bei, die Länge der internen Kanäle zu reduzieren und Strömungsverzerrungen aufgrund von Seitenschlupf zu reduzieren. Außerdem wird an der Rumpfspitze Platz für eine größere Radarantenne geschaffen. Allerdings muss nun die Rumpfgrenzschicht durch ein Splitterblech abgespalten werden, um eine gleichmäßige Strömungsenergie über den gesamten Ansaugquerschnitt zu gewährleisten.

Das Bild unten zeigt den English Electric Lightning mit seinem zentralen Spike-Einlass, der zwei Rolls-Royce Avon-Motoren speist, und den seitlichen Einlass des TSR-2. Beachten Sie die zusätzlichen Einlasstüren hinter der Einlasslippe des TSR-2, die benötigt wurden, um den Massenstrom bei niedriger Geschwindigkeit zu erhöhen.

Der F-111 hat einen Viertelkreis-Spike-Einlass. Hier hilft auch die Flügelwurzel, die Strömung zu lenken, sodass Variationen des Anstellwinkels weniger Verzerrungen der Einlassströmung erzeugen. Zum Absaugen der Ansauggrenzschicht ist der Dorn an der Längsposition der Ansauglippen perforiert.

Rampenaufnahmen

Was Sie 2D-Einlässe nennen, sind normalerweise rechteckig mit einer schrägen Form. Die vordere Kante wird verwendet, um einen schrägen Stoß zu erzeugen, der so positioniert werden kann, dass er die hintere Kante auf der gegenüberliegenden Seite trifft, indem eine oder beide Kanten nach oben und unten verschoben werden. Dadurch verändert sich auch der Querschnitt des Ansaugstutzens, sodass Massenstromanpassungen in einem weiten Bereich vorgenommen werden können. Eine einstellbare Rampe hinter der Vorderkante ermöglicht es, mit abnehmender Schräge mehr Stöße zu erzeugen, so dass die Strömung durch eine Folge von Stößen verlangsamt wird. Typische Rampenaufnahmen sind die der F-14 , der F-15 oder der Concorde . Ihre Vorteile sind:

• Anpassbarkeit über einen weiten Bereich von Strömungsverhältnissen, Anstellwinkeln und Massenströmen und
• Anpassung des Stoßdämpfersystems für optimale Effizienz über einen weiten Bereich von Überschallgeschwindigkeiten.

Ihr Nachteil ergibt sich aus der breiten Anpassungsfähigkeit:

• Hohes Gewicht und Komplexität.

Beachten Sie, dass der Druck im Einlass ein Vielfaches des Außendrucks bei Überschallgeschwindigkeit ist, sodass der Einlass tatsächlich ein unter Druck stehender Kanal ist. Ein rechteckiger Einlass erfordert massive strukturelle Verstärkungen, um in Form zu bleiben, während der Querschnitt stromabwärts in eine runde Form übergeht.

Die Zeichnung unten zeigt den Einlass des F-14 bei verschiedenen Strömungsbedingungen. Beachten Sie, dass die scharfen Einlasslippen eine genaue Ausrichtung mit der lokalen Strömungsrichtung erfordern, um eine Strömungsablösung zu vermeiden.

Während ein zentraler Spike-Einlass die beste Wahl für das Fliegen mit der Auslegungsgeschwindigkeit ist, funktioniert der rechteckige Einlass besser über einen weiten Geschwindigkeitsbereich. Der Wechsel in der Luftkampfdoktrin vom schnellstmöglichen Fliegen (1950er) zum überwiegenden Unterschallflug mit kurzen Überschallschlägen (seit den 1970er Jahren) spiegelt sich in der Wahl des Ansaugtyps wider.

Hyperschallaufnahmen

Beim Fliegen mit Mach 5 und höher erfordert die Schräge der Stoßwellen einen sehr langen Einlass, und effektive Konstruktionen verwenden die Unterseite des vorderen Rumpfes als Teil des Einlasses, um die notwendige Abfolge von Stößen für die Druckwiederherstellung zu erzeugen. Jetzt wird die Rumpfnase zur vorderen Lippe des Einlasses, und der Körper ist so geformt, dass er immer steilere Stöße erzeugt. Alternativ ist der untere vordere Rumpf so geformt, dass er wie ein Abschnitt einer Spitze funktioniert. Was wie der eigentliche Einlass aussieht, ist eigentlich die hintere Einlasslippe, und der divergierende Abschnitt des Einlasses hinter der hinteren Lippe ist reduziert, da die Strömung im Verbrennungsbereich immer noch Überschall ist, um die Temperaturen kontrollierbar zu halten, was den Motor zu einem Scramjet macht. Diese Antwort enthält weitere Informationen zur Überschallverbrennung.

Beachten Sie, dass diese Art der Aufnahme für eine Geschwindigkeit optimiert ist und nur sehr wenige Anpassungen möglich sind. Die Bilder unten zeigen eine NASA-CFD-Studie der X-43A (links, Quelle ) und des russischen Ajax-Projekts (rechts, Quelle ). Ein Scramjet kann beide Einlasstypen verwenden, und das Rumpfdesign bestimmt, um welchen Typ es sich handelt.

Der hintere Rumpf wird nun zur Düse des Triebwerks, da der größte Teil der Ausdehnung erfolgt, nachdem die Strömung den umschlossenen Teil des Triebwerks verlässt.