DE102020117768B4 - Supersonic inlet with contour bump - Google Patents

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Abstract

Überschalleinlauf (1) mit- einer Anströmungshauptrichtung (2),- einem eine Zentralkörperaußenkontur (4) aufweisenden Zentralkörper (3) und- einer entgegen der Anströmungshauptrichtung (2) mit einer Lippe (6) beginnenden Haube (7),- wobei ein quer zu der Anströmungshauptrichtung (2) verlaufender freier Abstand zwischen der Zentralkörperaußenkontur (4) und einer Innenkontur der Haube (7) in der Anströmungshauptrichtung (2) abnimmt,- wobei die Zentralkörperaußenkontur (4) eine stromauf der Haube (7) beginnende Rampe (5) aufweist, die sich in der Anströmungshauptrichtung (2) an die Innenkontur (9) der Haube (7) annähert, und- wobei die Rampe (5) in der Einströmungshauptrichtung mit einer Konturbeule (8) der Zentralkörperaußenkontur (4) endet, auf die ein von der Lippe (6) der Haube (7) ausgehender Verdichtungsstoß (10) unter mindestens einer Designanströmbedingung des Überschalleinlaufs (1) auftrifft, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralkörperaußenkontur (4) im Bereich der Konturbeule (8) gegenüber einer geglätteten Grundlinie (14) der Zentralkörperaußenkontur (4) unter einem Ablenkwinkel α angestellt ist, der mit einer Koordinate x in der Anströmungshauptrichtung (2) über eine erste Beulenteillänge L1von x=0 bis x=L1gemäßα(x)/αmax=(1+a1)(x/L1)2−a1(x/L1)3oderα(x)/αmax=(x/L1)b1von null bis auf einen maximalen Ablenkwinkel amax ansteigt und dann nach einem Übergangsbereich, in dem α(x) kleiner oder gleich amax gilt und der sich in der Anströmungshauptrichtung (2) über eine Übergangslänge ÜL erstreckt, wobei ÜL 0 % bis 10 % von L1beträgt, über eine zweite Beulenteillänge L2von x=(L1+ÜL) bis x=(L1+ÜL +L2) gemäßα(x)/αmax=(1+a1)((L1+U¨L+L2−x)/L)2−a2((L1+U¨L+L2−x)/L2)3oderα(x)/αmax=((L1+U¨L+L2−x)/L)b2wieder gegen null abfällt, wobei- L290 % bis 110 % von L1beträgt,- a1und a2unabhängig voneinander gleich 0,69 +/- 0,3 sind und- b1und b2unabhängig voneinander gleich 1,96 +/- 0,3 sind.Supersonic inlet (1) with- a main flow direction (2),- a central body (3) having a central body outer contour (4) and- a hood (7) beginning with a lip (6) counter to the main flow direction (2),- with a transverse to the free distance running in the main flow direction (2) between the central body outer contour (4) and an inner contour of the hood (7) in the main flow direction (2) decreases, - the central body outer contour (4) having a ramp (5) beginning upstream of the hood (7). , which approaches the inner contour (9) of the hood (7) in the main direction of inflow (2), and the ramp (5) ends in the main direction of inflow with a contour bulge (8) of the outer contour of the central body (4), onto which a The compression shock (10) emanating from the lip (6) of the hood (7) impinges under at least one design inflow condition of the supersonic inlet (1), characterized in that the outer contour (4) of the central body in the region of the contour bulge (8) compared to a smoothed base line (14) of the outer contour of the central body (4) at a deflection angle α, which corresponds to a coordinate x in the main direction of flow (2) over a first partial bulge length L1 from x=0 to x=L1 according to α(x)/αmax =(1+a1)(x/L1)2−a1(x/L1)3orα(x)/αmax=(x/L1)b1 increases from zero to a maximum deflection angle amax and then after a transition region where α( x) is less than or equal to amax and which extends in the main direction of inflow (2) over a transition length ÜL, where ÜL is 0% to 10% of L1, over a second partial bulge length L2 from x=(L1+ÜL) to x=(L1+ ÜL +L2) according toα(x)/αmax=(1+a1)((L1+U¨L+L2−x)/L)2−a2((L1+U¨L+L2−x)/L2)3orα (x)/αmax=((L1+U¨L+L2−x)/L)b2 falls again towards zero, where - L290 % to 110 % of L1 is, - a1 and a2 independently equal to 0.69 +/- 0.3 and- b1 and b2 independently equal 1.96 +/- 0.3.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung bezieht sich auf einen Überschalleinlauf. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Überschalleinlauf mit einer Anströmungshauptrichtung und den weiteren Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1.The invention relates to a supersonic inlet. In particular, the invention relates to a supersonic inlet with a main flow direction and the further features of the preamble of independent patent claim 1.

Unter einem Überschalleinlauf wird hier ein Einlauf für Gas, insbesondere Luft, verstanden, der für eine relative Strömungsgeschwindigkeit des Gases in der Anströmungshauptrichtung oberhalb der Schallgeschwindigkeit in dem Gas ausgelegt ist.A supersonic inlet is understood here as an inlet for gas, in particular air, which is designed for a relative flow rate of the gas in the main direction of flow above the speed of sound in the gas.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Flugkörper, die mit luftatmenden Triebwerken ausgestattet sind, bieten zum Beispiel in Bezug auf ihre Reichweite deutliche Vorteile gegenüber Flugkörpern mit Raketenantrieb. Insbesondere im Überschallflug benötigen Flugkörper mit luftatmenden Triebwerken spezielle Überschalleinläufe, die eine robuste und effiziente Zufuhr der komprimierten Luft zu einem Staustrahltriebwerk ermöglichen. Überschalleinläufe aktueller Flugkörper sind in der Regel starr ausgelegt und weisen eine optimale Funktion nur in einem engen Bereich von Flugmachzahlen auf. Eine komplexe Wechselwirkung strömungsphysikalischer Prozesse im starren Innenkanal der Überschalleinläufe entscheidet über die minimale Flugmachzahl, ab der eine ausreichende Luftversorgung des Staustrahltriebwerks erfolgt. Besonders kritisch und anfällig ist dabei der Eingangsbereich des Innenkanals, in dem ein initialer Verdichtungsstoß, der an einer Haube des Überschalleinlaufs entsteht und auch als Haubenstoß bezeichnet wird, auf die Strömungsgrenzschicht an einer der Haube gegenüberliegenden Zentralkörperaußenkontur auftrifft und dadurch typischerweise lokale Ablöseblasen sowie weitere Verdichtungsstöße induziert. Die Abschwächung dieser Interaktion gehört zu den wichtigsten Aufgaben bei der Entwicklung neuer luftatmender Triebwerke.Missiles equipped with air-breathing engines offer significant advantages over rocket-propelled missiles in terms of range, for example. In supersonic flight in particular, missiles with air-breathing engines require special supersonic intakes that enable the compressed air to be supplied to a ramjet engine in a robust and efficient manner. Supersonic intakes of current missiles are generally designed to be rigid and only function optimally in a narrow range of flight Mach numbers. A complex interaction of flow-physical processes in the rigid inner channel of the supersonic inlets determines the minimum flight Mach number from which the ramjet engine can be adequately supplied with air. The entrance area of the inner channel is particularly critical and vulnerable, in which an initial compression shock, which occurs at a hood of the supersonic inlet and is also referred to as hood shock, impinges on the flow boundary layer on a central body outer contour opposite the hood and thereby typically induces local separation bubbles and further compression shocks . Mitigating this interaction is one of the most important tasks in the development of new air-breathing engines.

Als Maßnahme zur Abschwächung der sogenannten Stoß/Grenzschicht-Wechselwirkung sind das Absaugen (englisch „suction“) oder Ablassen (englisch „bleed“) der Grenzschicht durch Öffnungen in der Zentralkörperaußenkontur nahe der Stoßauftreffstelle bekannt, siehe zum Beispiel DE 1 198 204 B , US 4 000 869 A , US 5 088 660 A , US 5 397 077 A und US 7 690 595 B2 . Das Absaugen oder Ablassen der Grenzschicht verringert die Ablöseneigung der Strömung in Bereichen mit positiven Druckgradienten über der Zentralkörperaußenkontur.As a measure to weaken the so-called impact/boundary layer interaction, suction or bleed of the boundary layer through openings in the central body outer contour near the point of impact are known, see for example DE 1 198 204 B , U.S. 4,000,869A , U.S. 5,088,660A , U.S. 5,397,077 A and U.S. 7,690,595 B2 . The suction or draining of the boundary layer reduces the tendency of the flow to separate in areas with positive pressure gradients over the outer contour of the central body.

Eine weitere bekannte Maßnahme zur Abschwächung der Stoß/Grenzschicht-Wechselwirkung ist ein Knick der Zentralköperaußenkontur im Bereich der Auftreffstelle des Haubenstoßes, der bei Flugmachzahlen im Bereich einer entsprechenden Designflugmachzahl den reflektierten Verdichtungsstoß komplett eliminieren kann. Siehe hierzu Y. Zhang et al.: „Influence of Expansion Waves on Cowl Shock/Boundary Layer Interaction in Hypersonic Inlets“ J. of Propulsion and Power, Vol. 30, No. 5, Seiten 1183-1191, September-October 2014.Another known measure for weakening the shock/boundary layer interaction is a kink in the outer contour of the central body in the area of the impact point of the canopy shock, which can completely eliminate the reflected compression shock with flight Mach numbers in the range of a corresponding design flight Mach number. See Y. Zhang et al.: "Influence of Expansion Waves on Cowl Shock/Boundary Layer Interaction in Hypersonic Inlets" J. of Propulsion and Power, Vol. 5, pp. 1183-1191, September-October 2014.

Noch eine weitere bekannte Maßnahme zur Abschwächung der Stoß/Grenzschicht-Wechselwirkung basiert auf dem Anbringen einer flachen Beule im Bereich der Auftreffstelle des Haubenstoßes mit dem Ziel, Stoßreflektionen abzuschwächen oder ganz zu unterbinden, siehe Y. Zhang et al.: „Control of Cowl-Shock/Boundary-Layer Interactions by Deformable Shape-Memory Alloy Bump“, AIAA J., Vol. 57 No. 2, Seiten 696-705, Februar 2019.Yet another known measure for weakening the impact/boundary layer interaction is based on the application of a flat bulge in the area of the impact point of the cowl impact with the aim of weakening or completely preventing impact reflections, see Y. Zhang et al.: "Control of Cowl- Shock/Boundary-Layer Interactions by Deformable Shape-Memory Alloy Bump", AIAA J., Vol. 57 No. 2, pages 696-705, February 2019.

Aus der US 9 429 071 B2 ist die Anwendung stromauf angeordneter Wirbelgeneratoren zur Verringerung der durch die Stoß/Grenzschicht-Wechselwirkung hervorgerufenen Ablöseblase bekannt. Andere stromauf ansetzende Strömungssteuerungsmaßnahmen zur Begrenzung der Größe der Ablöseblase gehen aus der US 3 417 767 A hervor.From the U.S. 9,429,071 B2 it is known to use upstream vortex generators to reduce the separation bubble caused by impact/boundary layer interaction. Other upstream flow control measures to limit the size of the separation bubble come from the U.S. 3,417,767 A out.

In V. Shinde et al.: „Control of Transitional Shock Wave Boundary Layer Interaction using Surface Morphing“, AIAA Scitch 2019 Forum, AIAA 2019-1895, https://doi.org/10.2514/6.2019-1895 sind Ergebnisse einer direkten numerischen Simulation einer Stoß/Grenzschicht-Wechselwirkung unter adaptiver Anpassung der Zentralkörperaußenkontur zur Vermeidung einer Ablöseblase beschrieben. Eine resultierende und in Bezug auf die Veränderung der Ablöseblase optimale Beule der Zentralkörperaußenkontur ist ein flacher Rücken, auf dessen Grat der Haubenstoß auftrifft, ohne dass sich bei einer konstanten Machzahl von 2 eine ohne die Beule vorhandene Ablöseblase ausbildet.In V. Shinde et al.: "Control of Transitional Shock Wave Boundary Layer Interaction using Surface Morphing", AIAA Scitch 2019 Forum, AIAA 2019-1895, https://doi.org/10.2514/6.2019-1895 are results of a direct numerical Simulation of an impact/boundary layer interaction with adaptive adjustment of the central body outer contour to avoid a separation bubble is described. A resulting bulge in the outer contour of the central body, which is optimal with regard to the change in the separation bubble, is a flat ridge, on the ridge of which the canopy impact strikes, without a separation bubble forming without the bulge at a constant Mach number of 2.

Aus der CN 107 091 158 A ist ein Überschalleinlauf mit einer zweidimensionalen Beule in einem Einlass des Überschalleinlaufs bekannt. Dabei sind Luftabführlöcher oder -schlitze in nach nach innen konkaven Bereichen der Luv- und Leeseite der Beule angeordnet, und ein Luftabführhohlraum unterhalb der Beule ist in zwei Teilhohlräume unterteilt, die beide mithilfe von Elektromagneten geöffnet und geschlossen werden können.From the CN 107 091 158 A a supersonic intake with a two-dimensional bulge in an inlet of the supersonic intake is known. Air vent holes or slots are located in inwardly concave portions of the windward and leeward sides of the bulge, and an air vent cavity below the bulge is divided into two sub-cavities, both of which can be opened and closed using electromagnets.

Aus der US 3,450,141 A ist ein Überschalleinlauf mit einer isentropischen Rampe eines Zentralkörpers stromauf einer Haube des Überschalleinlaufs bekannt. Die Höhe des Endes dieser Rampe und damit die Höhe des Eintrittsquerschnitts des Überschalleinlaufs ist verstellbar. Unterhalb der Haube schließt an die Rampe eine bewegliche Einlassoberfläche an, die derart an die Rampe angelenkt ist, dass eine äußere vordere Kante der beweglichen Oberfläche in der Nähe der hinteren Kante der Rampe gehalten wird. Die isentropische Rampe fokussiert die Kompressionswelle der einlaufenden Strömung.From the US 3,450,141A discloses a supersonic intake with an isentropic ramp of a central body upstream of a hood of the supersonic intake. The height of the end of this ramp and thus the height of the entry cross-section of the supersonic inlet is adjustable. Adjoining the ramp below the hood is a moveable inlet surface which is hinged to the ramp such that an outer leading edge of the moveable surface is maintained proximate the trailing edge of the ramp. The isentropic ramp focuses the compressional wave of the incoming flow.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überschalleinlauf aufzuzeigen, dessen Zentralkörperaußenkontur derart geformt ist, dass die Ausbildung einer Ablöseblase infolge der Stoß/Grenzschicht-Wechselwirkung im Auftreffbereich des Haubenstoßes über verschiedene Machzahlen hinweg möglichst vollständig vermieden wird.The invention is based on the object of demonstrating a supersonic intake whose outer contour of the central body is shaped in such a way that the formation of a separation bubble as a result of the impact/boundary layer interaction in the impact area of the canopy impact is avoided as completely as possible over different Mach numbers.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Überschalleinlauf mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Überschalleinlaufs sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 10 definiert. Patentanspruch 11 betrifft ein Überschallflugzeug mit einem Triebwerk mit einem erfindungsgemäßen Überschalleinlauf.The object of the invention is achieved by a supersonic inlet with the features of independent patent claim 1 . Preferred embodiments of the supersonic inlet according to the invention are defined in the dependent claims 2-10. Patent claim 11 relates to a supersonic aircraft with an engine with a supersonic intake according to the invention.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Ein erfindungsgemäßer Überschalleinlauf weist eine Anströmungshauptrichtung, einen eine Zentralkörperaußenkontur aufweisenden Zentralkörper und eine entgegen der Anströmungshauptrichtung mit einer Lippe beginnende Haube auf. Dabei nimmt ein quer zu der Anströmungshauptrichtung verlaufender freier Abstand zwischen der Zentralkörperaußenkontur und einer Innenkontur der Haube in der Anströmungshauptrichtung ab. Die Zentralkörperaußenkontur weist eine stromauf der Haube beginnende Rampe auf, die sich in der Anströmungshauptrichtung an die Innenkontur der Haube annähert. In der Einströmungshauptrichtung endet die Rampe mit einer Konturbeule der Zentralkörperaußenkontur, auf die ein von der Lippe der Haube ausgehender Verdichtungsstoß, d. h. der sogenannte Haubenstoß, unter mindestens einer Designanströmbedingung des Überschalleinlaufs auftrifft. Im Bereich der Konturbeule ist die Zentralkörperaußenkontur gegenüber einer geglätteten Grundlinie der Zentralkörperaußenkontur unter einem Ablenkwinkel α angestellt, der mit einer Koordinate x in der Anströmungshauptrichtung über eine erste Beulenteillänge L1 von x=0 bis x=L1 gemäß α ( x ) / α max = ( 1 + a 1 ) ( x/L 1 ) 2 a 1 ( x/L 1 ) 3

Figure DE102020117768B4_0005
oder α ( x ) / α max = ( x/L 1 ) b1
Figure DE102020117768B4_0006
von null bis auf einen maximalen Ablenkwinkel amax ansteigt und der dann nach einem Übergangsbereich, in dem α(x) kleiner oder gleich amax gilt und der sich in der Anströmungshauptrichtung über eine Übergangslänge ÜL erstreckt, wobei ÜL 0 % bis 10 % von L1 beträgt, über eine zweite Beulenteillänge L2 von x=(L1+ÜL) bis x=(L1+ÜL +L2) gemäß α ( x ) / α max = ( 1 + a 1 ) ( ( L 1 + U ¨ L + L 2 x ) / L 2 ) 2 a 2 ( ( L 1 + U ¨ L + L 2 x ) / L 2 ) 3
Figure DE102020117768B4_0007
oder α ( x ) / α max = ( ( L 1 + U ¨ L + L 2 x ) / L 2 ) b 2
Figure DE102020117768B4_0008
wieder gegen null abfällt. Dabei beträgt L2 90 % bis 110 % von L1; a1 und a2 sind unabhängig voneinander gleich 0,69 +/- 0,3; und b1 und b2 sind unabhängig voneinander gleich 1,96 +/- 0,3.A supersonic inlet according to the invention has a main direction of inflow, a central body having a central body outer contour and a hood beginning with a lip counter to the main direction of inflow. A free distance running transversely to the main flow direction between the central body outer contour and an inner contour of the hood decreases in the main flow direction. The outer contour of the central body has a ramp that begins upstream of the hood and approaches the inner contour of the hood in the main direction of inflow. In the main direction of inflow, the ramp ends with a contour bulge of the outer contour of the central body, which a compression shock emanating from the lip of the hood, ie the so-called hood shock, impinges under at least one design inflow condition of the supersonic inlet. In the area of the contour bulge, the outer contour of the central body is set at a deflection angle α relative to a smoothed base line of the outer contour of the central body, which corresponds to a coordinate x in the main direction of flow over a first partial bulge length L 1 from x=0 to x=L 1 a ( x ) / a Max = ( 1 + a 1 ) ( x/L 1 ) 2 a 1 ( x/L 1 ) 3
Figure DE102020117768B4_0005
or a ( x ) / a Max = ( x/L 1 ) b1
Figure DE102020117768B4_0006
from zero to a maximum deflection angle amax and then after a transition area in which α(x) is less than or equal to amax and which extends in the main flow direction over a transition length ÜL, where ÜL is 0% to 10% of L 1 , over a second partial bump length L 2 from x=(L 1 +ÜL) to x=(L 1 +ÜL +L 2 ) according to a ( x ) / a Max = ( 1 + a 1 ) ( ( L 1 + u ¨ L + L 2 x ) / L 2 ) 2 a 2 ( ( L 1 + u ¨ L + L 2 x ) / L 2 ) 3
Figure DE102020117768B4_0007
or a ( x ) / a Max = ( ( L 1 + u ¨ L + L 2 x ) / L 2 ) b 2
Figure DE102020117768B4_0008
drops again towards zero. In this case, L 2 is 90% to 110% of L 1 ; a 1 and a 2 independently equal 0.69 +/- 0.3; and b 1 and b 2 independently equal 1.96 +/- 0.3.

Die Beulenteillängen L1 und L2 können beide gleich einer Beulenhalblänge L sein, wobei der Übergangsbereich entfällt, so dass für die Übergangslänge ÜL=0 gilt. Weiterhin kann a1 = a2 = a und b1 = b2 = b gelten.The partial bulge lengths L 1 and L 2 can both be equal to a half bulge length L, with the transition region being omitted, so that the transition length UL=0. Furthermore, a 1 = a 2 = a and b 1 = b 2 = b can apply.

Dann ist die Zentralkörperaußenkontur Im Bereich der Konturbeule gegenüber der geglätteten Grundlinie der Zentralkörperaußenkontur unter einem Ablenkwinkel α angestellt, der mit der Koordinate x in der Strömungshauptrichtung von x=0 bis x=L gemäß α ( x ) / α max = ( 1 + a 1 ) ( x/L 1 ) 2 a 1 ( x/L 1 ) 3

Figure DE102020117768B4_0009
oder α ( x ) / α max = ( x/L ) b ,
Figure DE102020117768B4_0010
von null bis auf einen maximalen Ablenkwinkel amax ansteigt und dann von x=L bis x=2L gemäß α ( x ) / α max = ( 1 + a ) ( 2 x/L ) 2 a ( 2 x/L ) 3 ,
Figure DE102020117768B4_0011
oder α ( x ) / α max = ( 2 x / L ) b ,
Figure DE102020117768B4_0012
wieder gegen null abfällt, wobei a gleich 0,69 ± 0,3 ist und b gleich 1,96 ± 0,3 ist.Then the outer contour of the central body in the area of the contour bulge is set at a deflection angle α in relation to the smoothed base line of the outer contour of the central body, which corresponds to the coordinate x in the main flow direction from x=0 to x=L a ( x ) / a Max = ( 1 + a 1 ) ( x/L 1 ) 2 a 1 ( x/L 1 ) 3
Figure DE102020117768B4_0009
or a ( x ) / a Max = ( x/L ) b ,
Figure DE102020117768B4_0010
from zero to a maximum deflection angle amax and then from x=L to x=2L according to a ( x ) / a Max = ( 1 + a ) ( 2 x/L ) 2 a ( 2 x/L ) 3 ,
Figure DE102020117768B4_0011
or a ( x ) / a Max = ( 2 x / L ) b ,
Figure DE102020117768B4_0012
falls back to zero where a equals 0.69 ± 0.3 and b equals 1.96 ± 0.3.

In jedem Fall ergeben beide den Verlauf des Ablenkwinkels α über der ersten bzw. zweiten Beulenteillänge L1 bzw. L2 definierenden Gleichungen bei festen Werten von amax und L1 bzw. L2 sehr ähnliche Konturbeulen. Nicht nur deshalb kann über die zweite Beulenteillänge L2 auch die jeweils grundsätzlich andere Gleichung für den Verlauf des Ablenkwinkels α ausgewählt werden als über die erste Beulenteillänge L1.In any case, both equations defining the course of the deflection angle α over the first and second partial bulge lengths L 1 and L 2 result in very similar contour bulges with fixed values of amax and L 1 and L 2 , respectively . This is not the only reason why the fundamentally different equation for the course of the deflection angle α can also be selected via the second partial bump length L 2 than via the first partial bump length L 1 .

Mit der Konturbeule des erfindungsgemäßen Überschalleinlaufs wird ein günstiger Verlauf des Wanddrucks über der Zentralkörperaußenkontur erreicht. Dieser günstige Verlauf des Wanddrucks beginnt bei x=0 mit dp/dx=0 und endet bei x=(L1+ÜL+L2) mit dp/dx=0. Dazwischen steigt der Gradient dp/dx des Wanddrucks monoton mit möglichst geringer Krümmung |d2p/dx2| an.With the contour bulge of the supersonic inlet according to the invention, a favorable course of the wall pressure over the outer contour of the central body is achieved. This favorable course of the wall pressure begins at x=0 with dp/dx=0 and ends at x=(L 1 +ÜL+L 2 ) with dp/dx=0. In between, the gradient dp/dx of the wall pressure increases monotonously with the smallest possible curvature |d 2 p/dx 2 | on.

Ohne Übergangsbereich, so dass für die Übergangslänge ÜL = 0 gilt, weist die Konturbeule des erfindungsgemäßen Überschalleinlaufs bei der Beulenhalblänge L einen Grat, d. h. eine Unstetigkeit im Verlauf der Zentralkörperaußenkontur mit Wechsel des Vorzeichens bei dem Ablenkwinkel α auf. Dennoch ergibt sich über diesen Grat hinweg der gewünschte stetige Verlauf des Wanddrucks. Dieser stetige Verlauf des Wanddrucks hat eine besonders geringe Empfindlichkeit der Strömung in den Überschalleinlauf in Bezug auf die Ausbildung von Ablöseblasen durch Stoß/Grenzschicht-Wechselwirkung unter Einwirkung des von der Haube ausgehenden Verdichtungsstoßes zur Folge. Mit der Konturbeule des erfindungsgemäßen Überschalleinlaufs wird der stetige Verlauf des Wanddrucks zudem über eine große Bandbreite von Machzahlen erreicht. Insoweit ist die Konturbeule universell.Without a transition area, so that the transition length ÜL=0 applies, the contour bulge of the supersonic inlet according to the invention has a ridge at the half bulge length L, i. H. a discontinuity in the course of the outer contour of the central body with a change of sign at the deflection angle α. Nevertheless, the desired steady progression of the wall pressure results across this ridge. This constant progression of the wall pressure results in a particularly low sensitivity of the flow in the supersonic inlet with regard to the formation of separation bubbles due to impact/boundary layer interaction under the influence of the compression shock emanating from the hood. With the contour bulge of the supersonic inlet according to the invention, the steady progression of the wall pressure is also achieved over a wide range of Mach numbers. In that regard, the contour bulge is universal.

Wenn für die Übergangslänge ÜL > 0 gilt, weist die Konturbeule des erfindungsgemäßen Überschalleinlaufs beim Wechsel des Vorzeichens des Ablenkwinkel α nicht notwendigerweise einen scharfen Grat, sondern insbesondere einen gegenüber einem solchen scharfen Grat abgerundeten oder abgeflachten Übergangsbereich auf. Durch diesen Übergangsbereich ist die gewünschte Wirkung der Konturbeule des erfindungsgemäßen Überschalleinlaufs hinsichtlich des angestrebten stetigen Verlaufs des Wanddrucks unempfindlicher gegenüber Wanderungen des Auftreffpunkts des von der Haube ausgehenden Verdichtungsstoßes auf die Konturbeule.If the transition length UL>0 applies, the contour bulge of the inventive supersonic inlet does not necessarily have a sharp ridge when the sign of the deflection angle α changes, but in particular a transition region that is rounded or flattened compared to such a sharp ridge. Due to this transition area, the desired effect of the contour bulge of the supersonic inlet according to the invention with regard to the desired steady progression of the wall pressure is less sensitive to migration of the impact point of the compression shock emanating from the hood on the contour bulge.

Der maximale Ablenkwinkel amax kann insbesondere gleich einem spitzen Winkel gewählt werden, unter dem sich die Rampe der Zentralkörperaußenkontur in der Anströmungshauptrichtung an die Innenkontur der Haube annähert.In particular, the maximum deflection angle amax can be chosen to be equal to an acute angle at which the ramp of the outer contour of the central body in the main direction of inflow approaches the inner contour of the hood.

Typischer Weise liegt dieser spitze Winkel bei üblichen Überschalleinläufen und entsprechend der maximale Ablenkwinkel αmax bei dem erfindungsgemäßen Überschalleinlauf in Radiant in einem Bereich von 0,15 oder von 0,17 bis 0,35 oder bis 0,4, wobei die engeren Grenzen dieses Bereichs etwa 10° bis 20° entsprechen.Typically, this acute angle is in conventional supersonic inlets and correspondingly the maximum deflection angle α max in the supersonic inlet according to the invention in radians in a range from 0.15 or from 0.17 to 0.35 or to 0.4, the narrower limits of this range correspond to about 10° to 20°.

Die Beulenteillängen L1 und L2 liegen bei dem erfindungsgemäßen Überschalleinlauf in einem typischen Bereich von 0,025 he/ αmax bis 0,75 he/ αmax. Hierbei ist he der kleinste freie Abstand zwischen der Zentralkörperaußenkontur und der Innenkontur der Haube quer zu der Anströmungshauptrichtung oder die kleinste Höhe des Innenkanals des Überschalleinlaufs im Bereich der Konturbeule. Die resultierende maximale Höhe H der Konturbeule über der geglätteten Grundlinie der Zentralkörperaußenkontur liegt dabei zwischen 0,01 he und 0,3 he, da diese Höhe H und die Beulenhalblänge L mit dem maximalen Ablenkwinkel αmax praktisch in der Beziehung H/L gleich κ αmax stehen, wobei κ gleich 0,39 ± 0,04 und αmax in Radiant angegeben ist.In the case of the supersonic inlet according to the invention, the partial bulge lengths L 1 and L 2 are in a typical range from 0.025 h emax to 0.75 h emax . Here h e is the smallest free distance between the outer contour of the central body and the inner contour of the hood transverse to the main direction of inflow or the smallest height of the inner channel of the supersonic inlet in the area of the contour bulge. The resulting maximum height H of the contour bulge above the smoothed base line of the outer contour of the central body is between 0.01 h e and 0.3 h e , since this height H and the bulge half-length L with the maximum deflection angle α max are practically the same in the H/L relationship κ α max where κ equals 0.39 ± 0.04 and α max is in radians.

Ein anderer Ansatz zur Angabe einer typischen Beulenteillänge L1 bzw. L2 oder Beulenhalblänge L bei dem erfindungsgemäßen Überschalleinlauf besteht darin, dass die Beulenteillänge L1 bzw. L2 bzw. Beulenhalblänge L mindestens so lang ist wie eine Ablöseblase in der Anströmungshauptrichtung, die sich ohne die Konturbeule unter der mindestens einen Designanströmbedingung über der geglätteten Grundlinie der Zentralkörperaußenkontur ausbildet.Another approach to specifying a typical partial bulge length L 1 or L 2 or half bulge length L in the supersonic inlet according to the invention is that the partial bulge length L 1 or L 2 or half bulge length L is at least as long as a separation bubble in the main direction of inflow, which forms without the contour bump under the at least one design flow condition above the smoothed baseline of the centerbody outer contour.

Vorzugsweise sind die Variablen a1 und a2 sowie b1 und b2 bei der Definition der universellen Konturbeule des erfindungsgemäßen Überschalleinlaufs genauer als ± 0,3 auf die Werte von 0,69 und 1,96 festgelegt. Konkret können die Toleranzbereiche auf ± 0,2 oder sogar ± 0,1 begrenzt sein.Preferably, the variables a 1 and a 2 and b 1 and b 2 in the definition of the universal contour bulge of the supersonic inlet according to the invention are fixed to the values of 0.69 and 1.96 more precisely than ±0.3. Specifically, the tolerance ranges can be limited to ±0.2 or even ±0.1.

Bezüglich ihres Verlaufs über ihre beiden Beulenteillängen L1 und L2 ist die Konturbeule des erfindungsgemäßen Überschalleinlaufs über verschiedene Machzahlen der Anströmung des Überschalleinlaufs universell. Wenn jedoch bei einem Überschalleinlauf der Auftreffpunkt des von der Lippe der Haube ausgehenden Verdichtungsstoßes auf die Zentralkörperaußenkontur mit der Machzahl der Anströmung des Überschalleinlaufs weiter wandert, als dies durch einen Übergangsbereich mit begrenzter Übergangslänge ÜL kompensiert werden kann, kann es sinnvoll sein, die Konturbeule insgesamt in der Anströmungshauptrichtung so zu verschieben, dass der Verdichtungsstoß immer möglichst genau auf den höchsten Punkt der Konturbeule auftrifft. Zu diesem Zweck kann die Konturbeule zum Beispiel mit einer einen motorischen Antrieb umfassenden Verschiebeeinrichtung in der Anströmungshauptrichtung verschiebbar sein. Diese Verschiebeeinrichtung kann zu dem derart ausgebildet sein, dass sie die Konturbeule abhängig von der aktuellen Anströmungsbedingung des Überschalleinlaufs so verschiebt, dass der von der Lippe der Haube ausgehende Verdichtungsstoß nach der ersten Beulenteillänge bei x=L1 oder in dem gegebenenfalls angrenzenden Übergangsbereich, also bis x = L1 + ÜL, auf die Konturbeule trifft.With regard to its course over its two partial bulge lengths L 1 and L 2 , the contour bulge of the supersonic inlet according to the invention is universal over different Mach numbers of the inflow of the supersonic inlet. If, however, in the case of a supersonic intake, the point of impact of the compression shock emanating from the lip of the hood on the outer contour of the central body moves further with the Mach number of the inflow of the supersonic intake than can be compensated for by a transition area with a limited transition length ÜL, it can make sense to reduce the contour bulge overall in to shift the main direction of flow in such a way that the compression shock always hits the highest point of the contour bulge as precisely as possible. For this purpose, the contour bulge can be displaceable in the main direction of inflow, for example with a displacement device comprising a motor drive. This displacement device can also be designed in such a way that it displaces the contour bulge depending on the current flow conditions of the supersonic inlet in such a way that the compression shock emanating from the lip of the hood after the first partial bulge length at x=L 1 or in the possibly adjoining transition area, i.e. up to x = L 1 + ÜL, hitting the contour bump.

Weiterhin kann die Verschiebeeinrichtung dazu ausgebildet sein, dass die Konturbeule abhängig von Signalen eines ersten Drucksensors im Bereich der ersten Beulenhalblänge und eines zweiten Drucksensors im Bereich der zweiten Beulenhalblänge so ansteuert, dass ein Druckunterschied zwischen Wanddrücken über der Zentralkörperaußenkontur, die von dem ersten Drucksensor und von dem zweiten Drucksensor erfasst werden, minimiert wird. Wenn diese Minimierung erreicht ist, dann liegt der gewünschte stetige Druckanstieg mit minimaler Krümmung des Druckverlaufs vor.Furthermore, the displacement device can be designed so that the contour bulge is controlled depending on signals from a first pressure sensor in the area of the first half-length of the bulge and a second pressure sensor in the area of the second half-length of the bulge in such a way that a pressure difference between wall pressures over the outer contour of the central body, which is determined by the first pressure sensor and by detected by the second pressure sensor is minimized. When this minimization is achieved, the desired constant pressure increase with minimal curvature of the pressure curve is present.

Konkret kann die Konturbeule bei dem erfindungsgemäßen Überschalleinlauf an einem Beulenkörper ausgebildet sein, der an einem Hauptkörper des Zentralkörpers längs der Grundlinie verschiebbar geführt ist.In concrete terms, the contour bulge in the supersonic inlet according to the invention can be formed on a bulge body which is displaceably guided on a main body of the central body along the base line.

Ein erfindungsgemäßes Überschallflugzeug mit einem Triebwerk weist einen erfindungsgemäßen Überschalleinlauf auf.A supersonic aircraft according to the invention with one engine has a supersonic intake according to the invention.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.Advantageous developments of the invention result from the patent claims, the description and the drawings.

Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen.The advantages of features and combinations of several features mentioned in the description are merely exemplary and can have an effect alternatively or cumulatively without the advantages necessarily having to be achieved by embodiments according to the invention.

Hinsichtlich des Offenbarungsgehalts - nicht des Schutzbereichs - der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents gilt Folgendes: Weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen, was aber nicht für die unabhängigen Patentansprüche des erteilten Patents gilt.The following applies with regard to the disclosure content - not the scope of protection - of the original application documents and the patent: Further features are shown in the drawings - in particular the presented geometries and the relative dimensions of several components to each other as well as their relative arrangement and operative connection - to be taken. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different patent claims is also possible, deviating from the selected dependencies of the patent claims and is hereby suggested. This also applies to those features that are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different patent claims. Likewise, features listed in the patent claims can be omitted for further embodiments of the invention, but this does not apply to the independent patent claims of the granted patent.

Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs „mindestens“ bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Die in den Patentansprüchen angeführten Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, die das jeweilige Erzeugnis aufweist.The features mentioned in the patent claims and the description are to be understood with regard to their number in such a way that exactly this number or a larger number than the number mentioned is present without the need for an explicit use of the adverb “at least”. So if, for example, an element is mentioned, this is to be understood in such a way that exactly one element, two elements or more elements are present. The features listed in the claims may be supplemented by other features or may be the only features exhibited by the product in question.

Figurenlistecharacter list

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.

  • 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überschalleinlaufs im Längsschnitt.
  • 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überschalleinlaufs im Längsschnitt.
  • 3 zeigt das Auftreffen eines Verdichtungsstoßes auf eine Konturbeule des erfindungsgemäßen Überschalleinlaufs und die dabei induzierte Wellenstruktur.
  • 4 zeigt den Verlauf des Wanddrucks über der Konturbeule gemäß 3 zusammen mit einem Verlauf des Wanddrucks in einem Referenzfall.
  • 5 ist eine Auftragung eines normierten Ablenkwinkels der Konturbeule gemäß 3 über deren ersten Beulenhalblänge L.
  • 6 ist eine Auftragung eines konkreten Verlaufs der Konturbeule gemäß 3 mit dem normierten Ablenkwinkel gemäß 5.
  • 7 ist der zu 6 zugehörige Verlauf des Ablenkwinkels der Konturbeule gemäß 3.
  • 8 ist eine Auftragung des normierten Wanddrucks an der Oberfläche der Konturbeule gemäß 3 bei einer Variation der Anströmmachzahl M∞zwischen 2,0 und 3,0; und
  • 9 ist eine Auftragung von konkreten Verläufen weiterer Ausführungsformen der Konturbeule.
The invention is further explained and described below with reference to preferred exemplary embodiments illustrated in the figures.
  • 1 shows a first embodiment of a supersonic inlet according to the invention in longitudinal section.
  • 2 shows a second embodiment of the supersonic inlet according to the invention in longitudinal section.
  • 3 shows the impact of a compression shock on a contour bulge of the supersonic inlet according to the invention and the wave structure induced thereby.
  • 4 shows the course of the wall pressure over the contour bulge according to 3 along with a history of wall pressure in a reference case.
  • 5 Figure 12 is a normalized deflection angle plot according to the contour bump 3 over their first buckling half length L.
  • 6 is a plot of a specific course of the contour bulge according to 3 with the normalized deflection angle according to 5 .
  • 7 is the closed 6 associated course of the deflection angle of the contour bulge according to 3 .
  • 8th is a plot of the normalized wall pressure at the surface of the contour bulge according to 3 with a variation of the inflow Mach number M∞ between 2.0 and 3.0; and
  • 9 is a plot of specific curves of further embodiments of the contour bulge.

FIGURENBESCHREIBUNGFIGURE DESCRIPTION

Der in 1 dargestellte Überschalleinlauf 1 ist für eine Anströmhauptrichtung 2 ausgebildet. Ein Zentralkörper 3 des Überschalleinlaufs 1 weist eine Zentralkörperaußenkontur 4 auf. Die Zentralkörperaußenkontur 4 weist eine hier zweistufige Rampe 5 auf, die stromauf einer Lippe 6 einer Haube 7 des Überschalleinlaufs 1 beginnt und mit einer Konturbeule 8 endet. Im Bereich ihrer stromab liegenden Stufe nähert sich die Rampe unter einem spitzen Winkel 18 zu der Anströmhauptrichtung 2 an eine Innenkontur 9 der Haube 7 an. Ein von der Lippe 6 ausgehender Verdichtungsstoß 10 trifft abhängig von einer Anströmmachzahl einer Anströmung des Überschalleinlaufs 1 in der Anströmhauptrichtung 2 an unterschiedlichen Stellen auf die Zentralkörperaußenkontur 4 auf. Eine Verschiebeeinrichtung 11 für einen Beulenkörper 12, an dem die Konturbeule 8 ausgebildet, wird so angesteuert, dass die Konturbeule 8 jeweils so angeordnet ist, dass der Verdichtungsstoß 10 unter den jeweiligen Anströmbedingungen auf den höchsten Punkt der Konturbeule 8 auftritt. Hierdurch und durch eine spezielle Formgebung der Konturbeule 8 wird verhindert, dass sich eine Grenzschicht 13 der Anströmung aufgrund einer Stoß/Grenzschicht-Wechselwirkung des Verdichtungsstoßes 10 mit der Grenzschicht 13 über eine Ablöseblase hinweg von der Zentralkörperaußenkontur 4 ablöst. In 1 bildet der Beulenkörper 12 die Zentralkörperaußenkontur 4 des Zentralkörpers 3 in einem Bereich aus, in dem eine geglättete Grundlinie der Zentralkörperaußenkontur, über der sich die Konturbeule 8 erhebt, einen konstanten Krümmungsradius aufweist. Der Beulenkörper 12 ist auf einer Kreisbahn mit diesem Krümmungsradius geführt und wird von der Verschiebeeinrichtung 11 auf dieser Kreisbahn verschoben.the inside 1 The supersonic inlet 1 shown is designed for a main flow direction 2 . A central body 3 of the supersonic inlet 1 has an outer contour 4 of the central body. The central body outer contour 4 has a two-stage ramp 5 here, which begins upstream of a lip 6 of a hood 7 of the supersonic inlet 1 and ends with a contour bulge 8 . In the area of its downstream step, the ramp approaches an inner contour 9 of the hood 7 at an acute angle 18 to the main flow direction 2 . A compression shock 10 emanating from the lip 6 impinges on the outer contour 4 of the central body at different points depending on an inflow Mach number of an inflow of the supersonic inlet 1 in the main inflow direction 2 . A displacement device 11 for a bulge body 12 on which the contour bulge 8 is formed is controlled such that the contour bulge 8 is arranged in such a way that the compression shock 10 occurs at the highest point of the contour bulge 8 under the respective flow conditions. This and a special shape of the contour bulge 8 prevent a boundary layer 13 of the inflow from detaching from the central body outer contour 4 via a separation bubble due to a shock/boundary layer interaction of the compression shock 10 with the boundary layer 13 . In 1 the bulge body 12 forms the central body outer contour 4 of the central body 3 in an area in which a smoothed base line of the central body outer contour, above which the contour bulge 8 rises, has a constant radius of curvature. The bulge body 12 is guided on a circular path with this radius of curvature and is displaced by the displacement device 11 on this circular path.

Bei dem Überschalleinlauf 1, der in 2 gezeigt ist, und der ansonsten vollständig der Ausführungsform gemäß 1 entspricht, weist die Verschiebeeinrichtung 11 ein Förderband 15 auf, mit der der Beulenkörper 12 hier über eine Oberfläche des Zentralkörpers 3 mit dem Verlauf der Grundlinie 14 verfahrbar ist. Auch dies dient dazu, die Konturbeule 8 immer so auszurichten, dass der Verdichtungsstoß 10 auf den höchsten Punkt der Kontourbeule 8 auftrifft.At the supersonic inlet 1, which in 2 is shown and which is otherwise fully in accordance with the embodiment 1 corresponds, the displacement device 11 has a conveyor belt 15 with which the bulge body 12 can be moved here over a surface of the central body 3 with the course of the base line 14 . This also serves to always align the contour bulge 8 in such a way that the compression shock 10 strikes the highest point of the contour bulge 8 .

3 skizziert die induzierte Wellenstruktur, die beim Auftreffen des von der Lippe 6 gemäß 1 oder 2 ausgehenden Verdichtungsstoßes 10 auf den höchsten Punkt der Konturbeule 8 bei ihrer Beulenhalblänge ausgebildet wird. Stromauf und stromab des Auftreffpunkts des Verdichtungsstoßes 10 bilden sich Kompressionswellen 16 aus und von dem Auftreffpunkt des Verdichtungsstoßes 10 gehen Expansionswellen 17 aus. 3 outlines the induced wave structure according to the impact of the lip 6 1 or 2 Outgoing compression shock 10 is formed at the highest point of the contour bulge 8 at its bulge half length. Compression waves 16 form upstream and downstream of the impact point of the compression shock 10 and expansion waves 17 emanate from the impact point of the compression shock 10 .

4 zeigt den zu 3 zugehörigen Verlauf des Wanddrucks über der Zentralkörperaußenkontur 5 mit durchgezogener Linie. Ausgehend von einem Gradienten von 0 steigt der Wanddruck zunächst mit anwachsendem und dann mit wieder auf 0 abfallendem Gradienten stetig an. Die Krümmung des Druckverlaufs ist dabei minimal. Hierdurch sind ideale Voraussetzungen für die Vermeidung einer Ablöseblase im Auftreffbereich des Verdichtungsstoßes 10 gegeben. Anders verhält es sich bei dem Druckverlauf, der in 4 mit gestrichelter Linie dargestellt ist und der einem Auftreffen des Verdichtungsstoßes auf die in 3 mit ebenfalls gestrichelter Linie eingezeichnete Grundlinie 14 resultiert. Dieser Druckverlauf weist starke Krümmungen auf und resultiert daher schnell in die ungewollte Ausbildung einer Ablöseblase der Grenzschicht 13 gemäß 3. 4 shows the to 3 associated course of the wall pressure over the central body outer contour 5 with a solid line. Starting from a gradient of 0, the wall pressure first rises steadily as the gradient increases and then decreases again to 0. The curvature of the pressure curve is minimal. This provides ideal conditions for avoiding a detachment bubble in the impact area of the compression shock 10 . The situation is different with the pressure curve, which is shown in 4 is shown with a dashed line and an impingement of the compression shock on the in 3 with a base line 14 also drawn in with a dashed line. This pressure profile has strong curvatures and therefore quickly results in the unwanted formation of a detachment bubble in accordance with the boundary layer 13 3 .

Um den in 4 dargestellten mit einem Gradienten von 0 beginnenden und endenden sowie eine minimale Krümmung aufweisenden Verlauf des Wanddrucks zu realisieren, ist ein hierauf abgestimmter Verlauf des auf den maximalen Ablenkwinkel αmax normierten Ablenkwinkels α der Konturbeule 8 festzulegen. Dabei ist der Ablenkwinkel α der Winkel des jeweiligen Bereichs der Zentralkörperaußenkontur 4 im Bereich der Konturbeule 8 gegenüber der Grundlinie 14.around the in 4 shown with a gradient of 0 beginning and ending and having a minimal curvature of the wall pressure, a coordinated curve of the maximum deflection angle α max normalized deflection angle α of the contour bulge 8 is to be determined. The deflection angle α is the angle of the respective area of the central body outer contour 4 in the area of the contour bulge 8 in relation to the base line 14.

In 5 ist der normierte Ablenkwinkel α/αmax über der normierten Längskoordinate x/L der Konturbeule aufgetragen, wobei L die Halblänge der Konturbeule 8 ist. Der normierte Ablenkwinkel α/αmax beginnt bei 0 und steigt dann mit von 0 anwachsendem Gradienten bei x/L gleich 1 auf α/αmax gleich 1 an.In 5 the normalized deflection angle α/α max is plotted against the normalized longitudinal coordinate x/L of the contour bulge, where L is the half-length of the contour bulge 8 . The normalized deflection angle α/α max begins at 0 and then increases with a gradient increasing from 0 at x/L equal to 1 to α/α max equal to 1.

Für eine konkrete Dimensionierung der Konturbeule bezüglich des maximalen Ablenkwinkels αmax und der Beulenhalblänge L in Bezug auf einen konkreten Überschalleinlauf 1 kann der maximale Ablenkwinkel αmax gleich dem Winkel 18 gesetzt werden, unter dem sich die Rampe 13 zu der Anströmhauptrichtung 2 an die Innenkontur 9 der Haube annähert. Die Beulenhalblänge L kann abhängig von einem kleinsten freien Abstand he gemäß 2 und 3 zwischen der Zentralkörperaußenkontur 5 und der Innenkontur 9 der Haube 7 in dem Bereich von 0,025 he/ αmax und 0,75 he/ αmax gewählt werden.For a specific dimensioning of the contour bulge with regard to the maximum deflection angle α max and the bulge half-length L in relation to a specific supersonic inlet 1, the maximum deflection angle α max can be set equal to the angle 18 at which the ramp 13 to the main flow direction 2 meets the inner contour 9 approaching the hood. The bulge half-length L can depend on a smallest free distance h e according to 2 and 3 between the central body outer contour 5 and the inner contour 9 of the hood 7 in the range of 0.025 h e / α max and 0.75 h e / α max .

6 zeigt die aus dem Verlauf des normierten Ablenkwinkels gemäß 5 für eine Beulenhalblänge von 5 mm und einen maximalen Ablenkwinkel αmax von 10° resultierenden Koordinaten der Konturbeule 8. 6 shows the from the course of the normalized deflection angle according to 5 for a half bulge length of 5 mm and a maximum deflection angle α max of 10° resulting coordinates of the contour bulge 8.

7 stellt den entsprechenden Verlauf des Ablenkwinkels α in Grad dar. Dabei zeigen 6 und 7, dass die zweite Hälfte der Konturbeule 8 stromab ihres Kamms, d. h. von L bis 2 L eine spiegelsymmetrische Abbildung ihrer Windseite von 0 bis L ist. 7 shows the corresponding course of the deflection angle α in degrees 6 and 7 that the second half of the contour bulge 8 downstream of its crest, ie from L to 2L is a mirror-symmetrical image of its windward side from 0 to L.

8 zeigt eine normierte Druckverteilung pW/pWmax des Wanddrucks an der Oberfläche der Konturbeule 8 gemäß den 4 bis 7 bei Anströmmachzahlen M von 2,0 und 3,0, die mittels Charakteristik-Verfahren (ohne Grenzschichteinfluss) vorhergesagt wurden. pWmax entspricht dabei dem absoluten Wanddruck an der Hinterkante der Beule, der bei der jeweiligen Anströmmachzahl M erreicht wird. Es ist offensichtlich, dass dieselbe Konturbeule 8 den angestrebten Druckverlauf gemäß 4 bei beiden berücksichtigten Anströmmachzahlen M die vernachlässigbaren Variationen realisiert. Die erfindungsgemäße Konturbeule ist daher für verschiedene Anströmmachzahlen optimiert und insoweit universell. 8th shows a normalized pressure distribution p W /p Wmax of the wall pressure on the surface of the contour bulge 8 according to FIGS 4 until 7 at flow Mach numbers M of 2.0 and 3.0, which were predicted using characteristic methods (without boundary layer influence). p Wmax corresponds to the absolute wall pressure at the trailing edge of the bulge, which is reached at the respective inflow Mach number M . It is obvious that the same contour bulge 8 according to the desired pressure curve 4 the negligible variations are realized with both considered inflow Mach numbers M . The contour bulge according to the invention is therefore optimized for different inflow Mach numbers and is therefore universal.

9 zeigt verschiedene Ausführungsformen der Konturbeule 8, die nicht in zwei gleiche Beulenhalblängen L, sondern in zwei Beulenteillängen L1 und L2 mit dazwischen angeordnetem Übergangsbereich einer Übergangslänge ÜL ausgebildet ist. Über den Beulenteillängen L1 und L2 steigt der Ablenkwinkel α grundsätzlich genau so an bzw. fällt der Ablenkwinkels α grundsätzlich genau so ab wie über den beiden Beulenhalblängen L. Dabei kann eine Abweichung des Verlaufs des Ablenkwinkels von einer exakten Spiegelsymmetrie aber auch eine unterschiedliche Länge von L1 und L2 bedeuten. Zudem gibt es den Übergangsbereich 19. Hier kann der Ablenkwinkel bis zu einem Grat 20, wie er auch bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen der Konturbeule 8 vorhanden ist, gleich bleiben und dann an dem Grat 20 schlagartig sein Vorzeichen ändern. Dabei gilt für den Betrag des Ablenkwinkels α in dem Übergangsbereich 19, dass er ≤ αmax bleibt. Alternativ kann in dem Übergangsbereich 19 ein abgerundeter Grat 21 vorgesehen sein, in dem der Ablenkwinkel α stetig auf null abfällt und dann nach seinem Vorzeichenwechsel vom Betrag her wieder anwächst. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass in dem Übergangsbereich 19 ein abgeflachter Grat 22 mit einem Ablenkwinkel von null vorgesehen ist. (In 9 ist die Übergangslänge ÜL im Vergleich zu den Beulenteillängen L1 und L2 zu lang dargestellt. Die Übergangslänge ÜL beträgt nicht mehr als 10% von L1 und auch nicht mehr als 10 % von L2, selbst wenn sich L1 und L2 unterscheiden. Dieser Unterschied von L1 und L2 bleibt aber auch ≤ 10 % von L1.) 9 12 shows various embodiments of the contour bulge 8, which is not formed into two equal bulge half lengths L, but rather into two partial bulge lengths L 1 and L 2 with a transition region of a transition length UL arranged in between. The deflection angle α generally increases or decreases over the partial bulge lengths L 1 and L 2 in exactly the same way as over the two half bulge lengths L gel symmetry but also mean a different length of L 1 and L 2 . There is also the transition area 19. Here the deflection angle can remain the same up to a ridge 20, as is also present in the previously described embodiments of the contour bulge 8, and then suddenly change its sign at the ridge 20. The amount of the deflection angle α in the transition area 19 must remain ≦α max . Alternatively, a rounded ridge 21 can be provided in the transition region 19, in which the deflection angle α steadily falls to zero and then increases again in magnitude after its sign change. In principle, it is also possible for a flattened ridge 22 with a deflection angle of zero to be provided in the transition region 19 . (In 9 the transition length ÜL is shown too long in comparison to the partial buckling lengths L 1 and L 2 . The transition length ÜL is no more than 10% of L 1 and also no more than 10% of L 2 , even if L 1 and L 2 differ. However, this difference between L 1 and L 2 also remains ≤ 10% of L 1 .)

BezugszeichenlisteReference List

11
Überschalleinlaufsupersonic enema
22
Anströmhauptrichtungmain flow direction
33
Zentralkörpercentral body
44
Zentralkörperaußenkonturcentral body outline
55
Ramperamp
66
Lippelip
77
HaubeHood
88th
Konturbeulecontour bump
99
Innenkonturinner contour
1010
Verdichtungsstoßcompression shock
1111
Verschiebeeinrichtungshifting device
1212
Beulenkörperbump body
1313
Grenzschichtboundary layer
1414
Grundliniebaseline
1515
Förderbandconveyor belt
1616
Kompressionswellecompression wave
1717
Expansionswelleexpansion wave
1818
Winkelangle
1919
Übergangsbereichtransition area
2020
Gratridge
2121
abgerundeter Gratrounded ridge
2222
abgeflachter Gratflattened ridge
αa
Ablenkwinkeldeflection angle

Claims (11)

Überschalleinlauf (1) mit - einer Anströmungshauptrichtung (2), - einem eine Zentralkörperaußenkontur (4) aufweisenden Zentralkörper (3) und - einer entgegen der Anströmungshauptrichtung (2) mit einer Lippe (6) beginnenden Haube (7), - wobei ein quer zu der Anströmungshauptrichtung (2) verlaufender freier Abstand zwischen der Zentralkörperaußenkontur (4) und einer Innenkontur der Haube (7) in der Anströmungshauptrichtung (2) abnimmt, - wobei die Zentralkörperaußenkontur (4) eine stromauf der Haube (7) beginnende Rampe (5) aufweist, die sich in der Anströmungshauptrichtung (2) an die Innenkontur (9) der Haube (7) annähert, und - wobei die Rampe (5) in der Einströmungshauptrichtung mit einer Konturbeule (8) der Zentralkörperaußenkontur (4) endet, auf die ein von der Lippe (6) der Haube (7) ausgehender Verdichtungsstoß (10) unter mindestens einer Designanströmbedingung des Überschalleinlaufs (1) auftrifft, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralkörperaußenkontur (4) im Bereich der Konturbeule (8) gegenüber einer geglätteten Grundlinie (14) der Zentralkörperaußenkontur (4) unter einem Ablenkwinkel α angestellt ist, der mit einer Koordinate x in der Anströmungshauptrichtung (2) über eine erste Beulenteillänge L1 von x=0 bis x=L1 gemäß α ( x ) / α max = ( 1 + a 1 ) ( x/L 1 ) 2 a 1 ( x/L 1 ) 3
Figure DE102020117768B4_0013
oder α ( x ) / α max = ( x / L 1 ) b1
Figure DE102020117768B4_0014
von null bis auf einen maximalen Ablenkwinkel amax ansteigt und dann nach einem Übergangsbereich, in dem α(x) kleiner oder gleich amax gilt und der sich in der Anströmungshauptrichtung (2) über eine Übergangslänge ÜL erstreckt, wobei ÜL 0 % bis 10 % von L1 beträgt, über eine zweite Beulenteillänge L2 von x=(L1+ÜL) bis x=(L1+ÜL +L2) gemäß α ( x ) / α max = ( 1 + a 1 ) ( ( L 1 + U ¨ L + L 2 x ) / L ) 2 a 2 ( ( L 1 + U ¨ L + L 2 x ) / L 2 ) 3
Figure DE102020117768B4_0015
oder α ( x ) / α max = ( ( L 1 + U ¨ L + L 2 x ) / L ) b 2
Figure DE102020117768B4_0016
wieder gegen null abfällt, wobei - L2 90 % bis 110 % von L1 beträgt, - a1 und a2 unabhängig voneinander gleich 0,69 +/- 0,3 sind und - b1 und b2 unabhängig voneinander gleich 1,96 +/- 0,3 sind.
Supersonic inlet (1) with - a main flow direction (2), - a central body (3) having a central body outer contour (4) and - a hood (7) beginning with a lip (6) counter to the main flow direction (2), - with a transverse the free distance running in the main flow direction (2) between the central body outer contour (4) and an inner contour of the hood (7) decreases in the main flow direction (2), - the central body outer contour (4) having a ramp (5) beginning upstream of the hood (7). , which approaches the inner contour (9) of the hood (7) in the main direction of inflow (2), and - the ramp (5) in the main direction of inflow having a contour bulge (8) on the outside of the central body contour (4) on which a compression shock (10) emanating from the lip (6) of the hood (7) impinges under at least one design inflow condition of the supersonic inlet (1), characterized in that the central body outer contour (4) in the area of the contour bulge ( 8) is set at a deflection angle α relative to a smoothed base line (14) of the outer contour (4) of the central body, which corresponds to a coordinate x in the main direction of inflow (2) over a first partial bulge length L 1 from x=0 to x=L 1 a ( x ) / a Max = ( 1 + a 1 ) ( x/L 1 ) 2 a 1 ( x/L 1 ) 3
Figure DE102020117768B4_0013
or a ( x ) / a Max = ( x / L 1 ) b1
Figure DE102020117768B4_0014
from zero to a maximum deflection angle amax and then after a transition range in which α(x) is less than or equal to amax and which extends in the main flow direction (2) over a transition length ÜL, where ÜL is 0% to 10% of L 1 is, over a second partial bump length L 2 from x=(L 1 +ÜL) to x=(L 1 +ÜL +L 2 ) according to a ( x ) / a Max = ( 1 + a 1 ) ( ( L 1 + u ¨ L + L 2 x ) / L ) 2 a 2 ( ( L 1 + u ¨ L + L 2 x ) / L 2 ) 3
Figure DE102020117768B4_0015
or a ( x ) / a Max = ( ( L 1 + u ¨ L + L 2 x ) / L ) b 2
Figure DE102020117768B4_0016
falls back to zero, where - L 2 is 90% to 110% of L 1 , - a 1 and a 2 are independently equal to 0.69 +/- 0.3 and - b 1 and b 2 are independently equal to 1, 96 +/- 0.3 are.
Überschalleinlauf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Ablenkwinkel amax gleich einem spitzen Winkel ist, unter dem sich die Rampe (5) der Zentralkörperaußenkontur (4) in der Anströmungshauptrichtung (2) an die Innenkontur (9) der Haube (7) annähert.Supersonic inlet (1) after claim 1 , characterized in that the maximum deflection angle amax is equal to an acute angle at which the ramp (5) of the central body outer contour (4) approaches the inner contour (9) of the hood (7) in the main direction of flow (2). Überschalleinlauf (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Ablenkwinkel amax in Radiant in einem Bereich von 0,15 bis 0,4 liegt.Supersonic inlet (1) after claim 1 or 2 , characterized in that the maximum deflection angle amax in radians is in a range from 0.15 to 0.4. Überschalleinlauf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die erste Beulenteillänge L1 gilt: 0,025 h e / α max L 1 0,75 E h e / α max
Figure DE102020117768B4_0017
, wobei he der kleinste freie Abstand zwischen der Zentralkörperaußenkontur (4) und der Innenkontur (9) der Haube (7) quer zu der Anströmungshauptrichtung (2) ist.
Supersonic inlet (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the following applies to the first partial bulge length L 1 : 0.025 H e / a Max L 1 0.75 E H e / a Max
Figure DE102020117768B4_0017
, where h e is the smallest free distance between the central body outer contour (4) and the inner contour (9) of the hood (7) transverse to the main direction of flow (2).
Überschalleinlauf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Beulenteillänge L1 mindestens so groß wie eine Länge einer Ablöseblase in der Anströmungshauptrichtung ist, die sich unter der mindestens einen Designanströmbedingung über der geglätteten Grundlinie (14) der Zentralkörperaußenkontur (4) ohne die Konturbeule (8) ausbildet.Supersonic inlet (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first partial bulge length L 1 is at least as large as a length of a separation bubble in the main direction of inflow, which extends under the at least one design inflow condition above the smoothed base line (14) of the central body outer contour (4th ) forms without the contour bump (8). Überschalleinlauf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - a1 und a2 unabhängig voneinander gleich 0,69 +/- 0,2 sind und - b1 und b2 unabhängig voneinander gleich 1,96 +/- 0,2 sind.Supersonic inlet (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that - a 1 and a 2 are independently equal to 0.69 +/- 0.2 and - b 1 and b 2 are independently equal to 1.96 +/- 0 ,2 are. Überschalleinlauf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturbeule (8) mit einer einen motorischen Antrieb umfassenden Verschiebeeinrichtung (11) in der Anströmungshauptrichtung (2) verschiebbar ist.Supersonic inlet (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the contour bulge (8) can be displaced in the main flow direction (2) by a displacement device (11) comprising a motor drive. Überschalleinlauf (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebeeinrichtung (11) derart ausgebildet ist, dass sie die Konturbeule (8) abhängig von aktuellen Anströmungsbedingung des Überschalleinlaufs (1) so verschiebt, dass der von der Lippe (6) der Haube (7) ausgehende Verdichtungsstoß (10) in dem Übergangsbereich oder, wenn ÜL gleich 0 % von L1 ist, bei der ersten Beulenhalblänge x=L1 auf die Konturbeule (8) trifft.Supersonic inlet (1) after claim 7 , characterized in that the displacement device (11) is designed such that the contour bulge (8) depending on the current flow conditions of the supersonic inlet (1) is shifted in such a way that the compression shock (10) emanating from the lip (6) of the hood (7) occurs in the transition area or, if ÜL is equal to 0% of L 1 , at the first bulge half length x=L 1 meets the contour bump (8). Überschalleinlauf (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebeeinrichtung (11) derart ausgebildet ist, dass sie die Konturbeule (8) abhängig von Signalen eines ersten Drucksensors im Bereich der ersten Beulenhalblänge und eines zweiten Drucksensors im Bereich der zweiten Beulenhalblänge so ansteuert, dass ein Druckunterschied zwischen Wanddrücken über der Zentralkörperaußenkontur (4), die von dem ersten Drucksensor und von dem zweiten Drucksensor erfasst werden, minimiert wird.Supersonic inlet (1) after claim 7 or 8th , characterized in that the displacement device (11) is designed in such a way that it controls the contour bulge (8) depending on signals from a first pressure sensor in the area of the first half-length of the bulge and a second pressure sensor in the area of the second half-length of the bulge in such a way that a pressure difference between wall pressures is of the central body outer contour (4), which are detected by the first pressure sensor and by the second pressure sensor, is minimized. Überschalleinlauf (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturbeule (8) an einem Beulenkörper (12) ausgebildet ist, der an einem Hauptkörper des Zentralkörpers (3) längs der Grundlinie (14) verschiebbar geführt ist.Supersonic inlet (1) according to one of Claims 7 until 9 , characterized in that the contour bulge (8) is formed on a bulge body (12) which is guided displaceably on a main body of the central body (3) along the base line (14). Überschallflugzeug mit einem Triebwerk mit einem Überschalleinlauf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Supersonic aircraft with an engine with a supersonic intake (1) according to one of the preceding claims.
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