Snorkel

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Fără surse!
Această intrare sau secțiune despre inginerie nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți .
Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor . Urmați sfaturile de proiectare de referință .
Admisie supersonică de aer conică a unui MiG-21

Admisia de aer (sau admisia dinamică , în admisie engleză, admisie de aer sau admisie cu jet ) este prima componentă pe care o întâlnește fluxul în evoluția sa prin motor .

Caracteristici

Admisia de aer trebuie poziționată pentru a oferi cea mai mică rezistență externă. Sarcina admisiei de aer este de a transporta fluxul uniform și la viteză redusă la compresor (sau la arzător în cazul statorului-reactor ) fără a provoca separarea stratului limită (posibil, deoarece odată cu încetinirea fluxului presiunea statică crește cu rezultatul unui gradient de presiune advers). În plus, admisia dinamică trebuie să fie proiectată în așa fel încât să asigure debitul necesar motorului și astfel încât la ieșirea sa debitul care intră în compresor să fie uniform, stabil și de bună calitate.

Deci scopul este:

  • încetiniți fluxul până la aproximativ 0,4 Mach
  • crește presiunea
  • realizați un debit uniform în amonte de compresor
  • obțineți pierderi minime de presiune totală (presiunea statică plus presiunea datorată energiei cinetice a fluxului: de obicei o parte din energia cinetică se pierde prin frecare, cu pierderea totală de presiune în consecință)
  • rezistență aerodinamică externă minimă
  • greutatea sau lungimea minimă.

Este important să subliniem că realizarea unui flux lin este specificația care are prioritate față de celelalte. Admisia dinamică este în esență o conductă în care aerul curge în condiții staționare. Este proiectat urmând legile dinamicii fluidelor. Deoarece aceste legi și proiectarea lor sunt diferite, indiferent dacă fluxul le intră în condiții supersonice sau în condiții subsonice, clasificarea principală a robinetelor dinamice distinge priza dinamică subsonică de cea supersonică.

Utilizarea automobilelor

Prize de aer, în stânga tipului detașat al unui Gumpert Apollo , în dreapta tipului de culoare al unui Alfa Romeo 4C .

Presele de aer atunci când acestea nu sunt de tipul față / față, ci așezate de-a lungul caroseriei mașinii, pot fi:

  • Admisia de aer scufundată sau NACA , sunt prize de aer caracterizate prin deschideri în caroserie care nu măresc volumul, permițându-i să nu afecteze aerodinamica.
  • Flush , admisia de aer este la același nivel cu carenajul, pentru a oferi cea mai mică rezistență posibilă și pentru a reduce efectul său asupra aerodinamicii cât mai mult posibil.
  • Desprins , admisia de aer nu se potrivește perfect cu caroseria, dar este ușor distanțată de aceasta, pentru a împiedica stratul de margine al caroseriei să „pătrundă” în admisia de aer.
Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: air box .

Admisie de aer divergentă

Consumul de aer subsonic:
1 Admisia aspiră aer dintr-o secțiune mai mare, deoarece viteza este mai mică decât viteza de proiectare.
2 Viteza este atât de mare încât volumul de aer care atinge admisia în unitatea de timp este excesiv și, prin urmare, o parte este extrasă. 3 Viteza orificiului de intrare este tocmai cea a proiectului, secțiunile din exterior sunt, prin urmare, aceleași în fiecare punct ca cea a orificiului de intrare.

Este un tip de admisie de aer foarte utilizat, deoarece toate motoarele cu reacție (sau mai bine zis exoreactoarele) avioanelor civile și comerciale subsonice au prize de aer de acest tip (la fel de ușoare și eficiente în domeniul subsonic). Prima caracteristică pe care o admisie de aer subsonică trebuie să o aibă pentru a încetini fluxul poate fi derivată din ecuațiile de flux staționare cvasi-unidimensionale .

Aceste relații implică faptul că în condițiile izentropice (fără variații de entropie de -a lungul fluxului) și subsonice, o creștere a suprafeței corespunde unei încetiniri a fluxului și o creștere a presiunii statice. Admisia de aer, având scopul de a încetini debitul (în condițiile de proiectare, adică zborul de croazieră) va avea deci o formă divergentă.

Studiul unidimensional permite calcularea variației secțiunii conductei de admisie, dar nu oferă nicio informație cu privire la lungimea admisiei dinamice în sine. Această lungime va fi dorită să fie minimă, nu numai din motive de greutate , ci și pentru a reduce la minimum pierderile prin frecare . Studiul multidimensional indică în schimb că datorită existenței unui strat limită ( stratul limită este zona în contact cu suprafața, unde fluxul este încetinit) în prezența unui gradient de presiune advers (adică presiunea crește de-a lungul canalului ), va fi necesar să se ia în considerare, pe cât posibil, prize de aer cu gradienți de presiune mici, adică mai lungi, pentru a evita riscurile de separare (adică riscul ca fluxul de aer să se separe de suprafață și să se creeze depresiuni și recirculări) . De fapt, în caz de separare ar exista pierderi totale de presiune mai mari, neuniformitatea debitului și reducerea raportului de suprafață efectivă (partea apropiată de perete, separând, nu mai urmează raportul de suprafață geometrică al proiectului) .

Pentru a evita separarea, va fi necesar să ne asigurăm că gradientul de presiune este mai mic decât o valoare (∂ p / ∂ x maximă) care este în general determinată experimental. În practică, dacă luăm în considerare o prindere dinamică subsonică de formă trunchiată a conului , s-a văzut din studii experimentale că unghiul de deschidere pe jumătate a conului maxim care poate fi considerat este de 10 °. Evident, această valoare diferă în funcție de raportul de suprafață considerat, iar unghiurile cuprinse între 5 și 7 ° sunt luate în considerare în general.

Prize de aer supersonice

Exemple de funcționare a unei admisii convergente de aer divergent: liniile solide reprezintă tendința calitativă a liniilor actuale, liniile mai groase și punctate reprezintă undele de șoc.
Și aici sunt exemple de orificii supersonice. Liniile punctate reprezintă unde de șoc care, dacă soclul este „montat”, adică corect format pentru numărul Mach al debitului, nu vor fi reflectate. Graficul din stânga arată numărul Mach de pe abscisă și raportul dintre presiunea totală în amonte și în aval de impact. După cum puteți vedea, creșterea undelor de șoc scade pierderile de presiune.

Chiar și în cazul fluxului supersonic (cu excepția cazului scramjet ), admisia dinamică trebuie să poată încetini aerul care intră în motor, de la viteza de zbor (în acest caz supersonică), până la o viteză subsonică necesară. compresor sau combustor. Din relațiile fluxului cvasi-unidimensional izentropic supersonic, se observă că conducta trebuie să fie convergentă pentru a încetini fluxul, în timp ce pentru un difuzor subsonic ideal trebuie să fie divergent. Prin urmare, după încetinirea debitului până la Mach 1, cu o conductă convergentă, încetinirea în câmpul subsonic trebuie făcută cu o conductă divergentă. Soluția izentropică pentru a încetini fluxul de la viteza supersonică la cea subsonică cerută de compresor este, prin urmare, o conductă convergent-divergentă. Odată fixat numărul Mach de zbor de proiectare, geometria (relațiile dintre diferitele secțiuni) este, de asemenea, fixată. Cu toate acestea, aceasta este doar o soluție teoretică, utilă pentru a face unele considerații generale. Problema este că o astfel de admisie de aer nu este fezabilă, deoarece, în orice caz, ar fi generate unde de șoc (unde de compresie neizentropice generate în fluxuri supersonice) care ar face ca ipoteza izentropicității să cadă. A doua problemă este că, pentru a obține condițiile de funcționare proiectate, trebuie pornită admisia de aer, operație care se dovedește dificilă chiar și din simpla analiză cvasi-unidimensională. De fapt, se poate arăta că o astfel de pornire este posibilă numai printr-o manevră de viteză excesivă, adică o accelerație la valori de viteză mai mari decât cea de proiectare (ceea ce este impracticabil) sau printr-un mecanism care permite geometria mânerului să fie schimbat.de aer.

Prin urmare, au fost studiate alte configurații posibile. În practică, de fapt, nu puteți face fără unde de șoc dacă doriți să creați prize de aer eficiente în diferite condiții de zbor și care au greutate și dimensiuni reduse (rezistență externă). Principalele soluții implementate pot fi clasificate ca:

  • soclu normal cu undă de șoc (sau soclu Pitot);
  • prindere de undă de șoc oblică de compresie externă;
  • prindere cu unde de șoc oblice cu compresie externă și internă mixtă.

Aderență dinamică a undelor de șoc

Admisia normală de aer supersonic cu undă de șoc (numită și admisie Pitot) este cea mai simplă și mai ușoară. Este o prindere dinamică subsonică care, în condiții de zbor supersonic, determină formarea în fața sa a unui șoc normal (undă de șoc plană). Prezența acestei unde de șoc provoacă o pierdere totală de presiune (o creștere a presiunii statice, dar o scădere a presiunii dinamice) care poate fi calculată din relațiile de salt.

După cum se poate observa din această relație, această aderență dinamică poate fi considerată o soluție acceptabilă (și în acest caz este soluția preferată dată fiind simplitatea) în domeniul numerelor Mach ușor supersonice. În realitate, pentru M <1,5, pierderile totale de presiune prin impact rămân sub 10% în timp ce devin din ce în ce mai mari pentru valori mai mari. În funcționarea în afara proiectului, dacă debitul necesar este mai mic decât cel de proiectare, pierderile totale de presiune vor rămâne neschimbate, iar admisia de aer va fi capabilă să atingă (adică să elimine) debitul în exces deplasând valul spre exterior Impactul din secțiunea de admisie și fluxul subsonic în aval se va deforma astfel încât să se asigure fluxul de aer potrivit. În schimb, este necesar să se evite ca debitul necesar să fie mai mare decât cel al proiectului. Atunci când acest lucru nu se întâmplă, sistemul va reacționa cu mișcarea șocului în interiorul admisiei dinamice care determină o scădere a presiunii totale (unda de șoc mai intensă) și, prin urmare, a debitului procesat de motor.

  • Tehnician USAF la locul de muncă într-o priză de aer a unui EA-6B Prowler

  • Admisia de aer a unui F-4 Phantom II . Peretele de la marginea cuțitului servește la eliminarea stratului limită al fuselajului, la fel cum găurile servesc la aspirația peretelui în sine pentru a preveni ingerarea acestuia de către elice.

  • Preluare analogică a unui MiG-23

  • Botul cu prizele de aer ale unui Viggen pe laterale

Prindere dinamică cu unde de șoc oblice cu compresie externă

Undele de șoc oblice sunt mai puțin intense decât undele de șoc normale. Fiind mai puțin intense, pierderile totale de presiune sunt, prin urmare, mai mici și este mai convenabil să folosiți mai multe unde de șoc oblic decât o singură undă de șoc normală. Dacă ar fi posibil să se genereze unde de șoc oblic infinit, de exemplu pe o suprafață concavă, compresia ar fi izentropică și, prin urmare, cu pierderi totale de presiune în mod ideal zero. Din acest motiv, prizele de aer cu unde de șoc oblice sunt create în intervalul de viteze supersonice ridicate. Este interesant de observat că, datorită faptului că compresia are loc la exterior, fluxul se poate adapta la diferite viteze de zbor și, prin urmare, această familie de gripuri dinamice supersonice nu prezintă problema pornirii tipice gripului convergent-divergent. Cu toate acestea, o astfel de admisie de aer va trebui să aibă o geometrie variabilă pentru a se adapta la viteza de zbor, deoarece unghiul impactului și, prin urmare, geometria acestuia vor varia în funcție de numărul Mach.

  • Conul unei prize de aer a unui F-104 . De asemenea, în acest caz este posibil să se observe detașarea de fuselaj pentru a evita ingestia stratului limită

  • Dispunerea internă a conductei unei prize de aer a unui MiG-21

  • Partea unei tornade

  • Aderență dinamică deosebită a Republicii F-105 Thunderchief

Priză cu unde de șoc oblice cu compresie externă și internă mixtă

Se observă că lungimea orificiului de ieșire și unghiul de rotație al debitului (deci greutatea și volumul) cresc pe măsură ce crește numărul Mach, așa cum s-a specificat mai sus. Doar prezența compresiei externe poate duce la rotații prea mari ale debitului, cu pierderi în consecință în ceea ce privește rezistența internă în partea subsonică a admisiei. Prin urmare, este posibil să se ia în considerare o admisie de compresie mixtă, în care o parte a decelerării fluxului supersonic, în aval de impacturile oblice, se realizează prin intermediul unui canal convergent. Evident, pentru zborul subsonic, această conductă convergentă duce la o scădere a presiunii, mai degrabă decât la o creștere a acesteia, după cum se dorește, astfel încât, în orice caz, eficiența este sensibilă la numărul Mach de zbor.

Un exemplu, admisia de aer a F-15 Eagle

Schema unei aderențe dinamice a Vulturului.

Admisia de aer Eagle a fost proiectată pentru a favoriza un flux de aer chiar și la cele mai mari unghiuri de atac, din acest motiv folosește o admisie de tip „rampă”, adică are un panou orizontal proeminent conceput pentru a canaliza fluxul la unghiuri pozitive de atac. O altă sarcină a panoului, nu mai puțin importantă, este de a genera unde de șoc oblice, exact ca conul central al unui MiG-21 sau al unei Blackbird.

Un con are avantajul de a genera unde de șoc conice care, spre deosebire de cele plate, generează un flux supersonic în aval care continuă să se comprime. Pentru aceasta, o umflătură conică generează o compresie mai eficientă, deoarece face ca fluxul să piardă mai puțină energie. Dezavantajul admisiei de aer a conului central este adaptarea dificilă la diferite condiții de viteză și unghi de atac.

Dincolo de panoul orizontal există două rampe oblice care pot fi înclinate, ca și restul prizei, la unghiuri diferite în funcție de necesitate. Aceste rampe sunt perforate pentru a permite, atunci când este necesar, sângerarea excesului de debit, cum ar fi la pornirea motorului. Mânerul poate fi înclinat la unghiuri mari de atac.

În interiorul conductei există un tub Pitot , un tub în formă de L care este folosit pentru a măsura viteza unui flux, lateral. Conectat la un sistem automat, acest lucru vă permite să reglați rampele astfel încât motorul să primească cel mai bun flux de aer posibil.

Alte proiecte

linkuri externe

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Presa_d%27aria&oldid=115415914 ”