بقلم المهندس والباحث الجامعي عامر الدرابسه

نظرًا لبساطة التصميم والكفاءة العالية والقدرة على تطوير سرعات تفوق سرعة الصوت ، يمكن اعتبار محركات رامجيت أكثر المحركات كفاءة للطيران عالي السرعة. مكان خاص في حساب وتصميم المحركات النفاثة هو تنظيم المحركات متعددة الأوضاع عند تغيير سرعة الطائرة وارتفاعها والقدرة على التحكم في عملية العمل. عندما يتم استخدام مآخذ الهواء غير المنضبط في المحركات النفاثة في أوضاع الطيران خارج التصميم ، عندما تكون سرعة التدفق الواردة أكبر من القيمة المحسوبة ، تنخفض زوايا إمالة موجات الصدمة في الناشر فوق الصوتي ولا تقع أسطح القفزات على الحافة الأمامية ، ولكن داخل الرقبة. عندما يمر تدفق غير منزعج على الحافة المكشوفة للناشر ، تحدث موجة تخلخل ، ونتيجة لذلك يدخل تيار مرسوم في موجات الصدمة وتيار يمر عبر موجة التخلخل إلى المحرك. في هذه الحالة ، ستكون حقول السرعة والضغط عند المدخل غير متجانسة بشكل حاد ، مما يؤدي إلى انخفاض في معامل الاسترداد للضغط الكلي. ميزة التدفق حول مآخذ الهواء الأسرع من الصوت هي وجود تمزق في الطبقة الحدودية في جزء التدفق بسبب اختراق الطفرات الخارجية في القناة الداخلية ، وكذلك تمزق نتيجة لموجات الصدمة من القشرة على جسم الضغط. في الحالة التي تكون فيها سرعة الطيران أقل من الزاوية المحسوبة لميل موجات الصدمة ، تتوقف عن لمس حافة إدخال الناشر. يبدأ الضغط المتزايد في العمل على سطح الضغط المخروطي ، وتنخفض منطقة المقطع العرضي التي يلتقطها محرك التدفق الوارد ، ونتيجة لذلك ، ينخفض ​​معامل التدفق.

السبب الثاني لتقليل معامل التدفق لجهاز الإدخال هو أن منطقة المقطع العرضي لحلق الناشر الأسرع من الصوت غير قادرة على ضمان مرور تدفق الهواء بالكامل الذي يمكن أن يدخل المحرك وفقًا للتدفق حول الجسم المركزي. تتشكل موجة صدمة منحرفة أمام الناشر ، والتي تتجاوز جزءًا من التدفق لتجاوز حافة الصدفة.

وبالتالي ، تبرز المشكلة في تنظيم التحكم في جهاز مدخل رامجيت - الناشر الأسرع من الصوت - بحيث ، عند سرعات طيران مختلفة للطائرة ، يتم توفير أعلى معامل تدفق ومعامل استرداد الضغط الكلي لهذا الوضع.

لحل هذه المشكلة ، يُقترح استخدام ناشر إدخال مسطح متعدد القفزات مع إسفين مكاني يحتوي على أسطح انضغاطية متحركة بزاوية تركيب متغيرة بالنسبة للمحور المركزي ، بالإضافة إلى الأصداف المنقولة.

ميزة استخدام مآخذ هواء مسطحة متعددة القفزات مقارنة بالتصميمات الممكنة الأخرى هي معامل استرداد ضغط إجمالي أعلى مقارنة بمآخذ الهواء مع موجة ضغط متساوي الضغط ومآخذ هوائية غير متناظرة.

حسابات النظام الأمثل لموجات الصدمة ، حيث يتم الحصول على أقصى استرداد للضغط الكلي لعدد ماخ معين من التدفق الوارد M0 ، تم إجراؤها أولاً من قبل العلماء السوفييت جي آي بتروف وإي بي أوكوف ، وكذلك من قبل الباحث الألماني أوسفاتيتش. في نظام القفز هذا ، يكون المكون العادي لرقم الماك هو نفسه ولا يتغير من القفز إلى القفز. وبالتالي ، فإن نسب الضغوط والكثافة ودرجات الحرارة الكلية والثابتة في جميع القفزات المائلة ثابتة أيضًا.

جعلت نتائج حل مشكلة النظام الأمثل للقفزات من الممكن تصميم أجهزة إدخال أسرع من الصوت مع أعلى معامل استرداد للضغط الكلي ، كما جعلت من الممكن تحديد طبيعة التغيير في زاوية ميل الأسطح الانضغاطية لسحب الهواء اعتمادًا على العدد المقدر للتدفق حولها وعدد القفزات.

تقدم الورقة نتائج تصميم مدخل هواء مسطح مع إسفين مكاني مع نظام قفزة من 3 منحرف وخط مستقيم واحد زائدة. سمح تصميم مدخل الهواء بتغيير زاوية تركيب أسطح الانضغاط للوتد المكاني نسبة إلى المحور المركزي للمحرك وزاوية تركيب الغلاف المتحرك. يتيح لك هذا التصميم تنظيم وضع منتظم للتدفق حول إسفين مكاني بأعلى معامل استرداد للضغط الكلي في مجموعة واسعة من أرقام ماخ.

تستند حسابات تصميم مدخل الهواء إلى المعادلات الديناميكية الغازية المعروفة للحفاظ على الطاقة والكتلة والزخم. استخدمنا أيضًا نتائج حل مشكلة وجود نظام من موجات الصدمة ذات معامل الاسترداد الأقصى لضغط Osvatich الكلي ، تم تحديد منطقة المقطع العرضي للحلق بواسطة معيار كانترويتز ، وهو صالح لمآخذ الهواء التي تم تبسيطها بواسطة تدفق موحد.

كان النطاق الذي تم التحقيق فيه من أرقام ماخ ذات التدفق الحر M0 = 2..5. وتجدر الإشارة إلى أن النطاق قيد الدراسة مرتبط بإمكانية استخدام تصميم سحب الهواء المعني في طائرة واعدة بمحرك رامجيت مزدوج الصوت أسرع من الصوت حيث يتم حقن الوقود في التيار بسرعات تفوق سرعة الصوت بأرقام ماخ الطيران المنخفضة ، أو في التدفق الأسرع من الصوت بأعداد ماخ الرحلة الكبيرة.

وفقًا للحسابات ، تزداد زاوية الانحراف الإجمالية للتدفق بسرعة متزايدة. في الوقت نفسه ، يتغير موضع الإسفين المكاني بالنسبة لسحب الهواء بسرعة متزايدة: فكلما ارتفعت سرعة التدفق الوارد ، زادت نسبة المقطع الإسفيني الذي يتم تغذية الإسفين المكاني نحو التدفق. تضمن زوايا تثبيت أسطح الضغط تنظيم نظام أمثل لموجات الصدمات لكل وضع من التدفق حول إسفين مكاني. وهذا يضمن تركيز نظام القفز على جانب مدخل الهواء. تقل المساحة القصوى للطائرة في التدفق غير المضطرب الذي يدخل الناشر F1 ، ومنطقة الدخول إلى القناة F2 ، ومنطقة مرور حلق الناشر F3 مع زيادة سرعة التدفق الوارد. لدراسة الخصائص النوعية لمقدار الهواء المحسوب ، يُنصح بتطبيق طرق المحاكاة العددية في حزم التطبيقات التي تسمح بدمج معادلات نافير ستوكس.

نتيجة لعدد من الحسابات العددية ، تم الحصول على صور عالية الجودة للتدفق حول كمية الهواء النفاثة أثناء محاكاة تسارع الطائرة ، والتي توضح بوضوح التغيير في زاوية ميل نظام موجة الصدمة المتكون على أسطح الضغط للوتد المكاني. وبالتالي ، تسمح لنا نتائج تحليل الحسابات العددية بالاستنتاج أنه من المستحسن استخدام متغير التصميم المقترح لجهاز الإدخال مع أسطح الضغط المتحركة للوتد المكاني وقشرة متحركة في رامجيت. سيؤدي ذلك إلى توسيع نطاق عملية رامجيت الفعالة بشكل كبير عبر مجموعة واسعة من أرقام ماخ.