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
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
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
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
Aus der
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
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
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
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 e /α max to 0.75 h e /α max . 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 gemäß3 zusammen mit einem Verlauf des Wanddrucks in einem Referenzfall. -
5 ist eine Auftragung eines normierten Ablenkwinkels der Konturbeule gemäß3 über deren ersten Beulenhalblänge L. -
6 ist eine Auftragung eines konkreten Verlaufs der Konturbeule gemäß3 mit dem normierten Ablenkwinkel gemäß5 . -
7 ist der zu 6 zugehörige Verlauf des Ablenkwinkels der Konturbeule gemäß3 . -
8 ist eine Auftragung des normierten Wanddrucks an der Oberfläche der Konturbeule gemäß3 bei einer Variation der Anströmmachzahl M∞zwischen 2,0 3,0; undund -
9 ist eine Auftragung von konkreten Verläufen weiterer Ausführungsformen der Konturbeule.
-
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 to3 along with a history of wall pressure in a reference case. -
5 Figure 12 is a normalized deflection angle plot according to thecontour bump 3 over their first buckling half length L. -
6 is a plot of a specific course of the contour bulge according to3 with the normalized deflection angle according to5 . -
7 is the closed6 associated course of the deflection angle of the contour bulge according to3 . -
8th is a plot of the normalized wall pressure at the surface of the contour bulge according to3 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
Bei dem Überschalleinlauf 1, der in
Um den in
In
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
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
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