FR2677078A1 - Air intake for hypersonic engine, and hypersonic flying machine - Google Patents
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Abstract
Description
ENTREE D'AIR POUR UN MOTEUR HYPERSONIQUE ET
ENGIN VOLANT HYPERSONIQUE
La présente invention concerne de façon générale les engins volants, et elle porte plus particulièrement sur une entrée d'air pour un moteur d'engin volant hypersonique.AIR INTAKE FOR A HYPERSONIC MOTOR AND
HYPERSONIC FLYING MACHINE
The present invention relates generally to flying machines, and it relates more particularly to an air intake for a hypersonic flying engine engine.
A des nombres de Mach hypersoniques (c'est-å-dire plus grands que Mach 5), un engin volant équipé d'un moteur qui aspire de l'air exige une entrée d'air ayant une région de capture d'air de grandes dimensions. De plus, la conception d'un moteur d'engin volant hypersonique exige que des surfaces d'entrée d'air aient une structure en flèche tridimensionnelle pour réduire la traînée aérodynamique et l'échauffement par friction. Des structures d'entrée d'air de moteur en flèche tridimensionnelle peuvent produire des composantes d'écoulement non planes exigeant une analyse complexe et peut-être irréalisable en pratique, d'un chemin d'écoulement d'air tridimensionnel.On peut opposer ceci au cas de moteurs supersoniques, non hypersoniques, comportant des surfaces d'entrée d'air en rampe qui produisent des composantes d'écoulement planes, permettant une analyse beaucoup plus aisée d'un chemin d'écoulement d'air bidimensionnel. En outre, un écoulement bidimensionnel permet d'effectuer plus aisément des tests de composants de moteur par liaison directe (ce qui signifie qu'on teste un composant de moteur en reproduisant Ses conditions d'entrée avec un certain appareil, sans avoir à utiliser les composants de moteur amont pour produire de telles conditions condi tions d'entrée), comme par exemple le test d'un moteur sans son entrée d'air de grandes dimensions en reproduisant les conditions d'écoulement d'air bidimensionnel calculées au col du moteur.Enfin, une structure de moteur hypersonique peut exercer sur l'engin volant un couple de tangage qui exigerait une compensation constante, par exemple par une gouverne produisant une traînée. At hypersonic Mach numbers (i.e. larger than Mach 5), a flying craft equipped with a motor that sucks in air requires an air inlet having an air capture region of large dimensions. In addition, the design of a hypersonic flying engine requires air intake surfaces to have a three-dimensional sweep structure to reduce aerodynamic drag and friction heating. Three-dimensional sweeping engine air intake structures can produce non-planar flow components requiring a complex and possibly impractical analysis of a three-dimensional air flow path. in the case of supersonic, non-hypersonic motors, having ramped air inlet surfaces which produce planar flow components, allowing a much easier analysis of a two-dimensional air flow path. In addition, a two-dimensional flow makes it easier to perform direct testing of engine components (which means testing an engine component by reproducing its input conditions with a certain device, without having to use the upstream engine components to produce such conditions entry conditions), such as testing a motor without its large air intake by reproducing the two-dimensional air flow conditions calculated at the engine throat .Finally, a hypersonic motor structure can exert on the flying machine a pitching torque which would require constant compensation, for example by a control surface producing a drag.
Dans la description de l'invention, on utilisera l'expression "surface en forme de caret". Dans le cadre de l'invention, on définit une "surface en forme de caret" comme la surface d'un triangle isocèle qui a été plié le long de sa hauteur relative à la base, pour former deux triangles rectangles qui sont des images l'un de l'autre dans un miroir et qui se rencontrent le long de la hauteur en formant un angle de dièdre latéral négatif.Pour aider à visualiser cette surface en forme de caret, on peut découper un triangle isocèle dans un morceau de papier rigide et plier le triangle le long de la hauteur, de façon que deux triangles rectangles qui sont des images l'un de l'autre dans un miroir, soient mutuellement supersposés. (Les opérations effectuées jusqu'à maintenant sont identiques aux opérations initiales pour fabriquer certains avions en papier.) Si on place le triangle isocèle plié sur la surface d'une table, de façon que les côtés d'appui du triangle isocèle reposent sur la surface de la table, les deux parties consistant en triangles rectangles formeront un angle de dièdre latéral négatif au niveau de la hauteur du triangle isocèle. La surface inférieure (intérieure) du triangle isocèle plié est une surface en forme de caret.L'angle entre la hauteur (la ligne de pliage) et l'écoulement d'air est l'angle d'attaque de la surface en forme de caret. In the description of the invention, the expression "caret-shaped surface" will be used. In the context of the invention, a "caret-shaped surface" is defined as the surface of an isosceles triangle which has been folded along its height relative to the base, to form two right triangles which are images l from each other in a mirror and which meet along the height forming a negative lateral dihedral angle. To help visualize this caret-shaped surface, you can cut an isosceles triangle from a piece of rigid paper and fold the triangle along the height, so that two right triangles which are images of each other in a mirror, are mutually superposed. (The operations carried out until now are identical to the initial operations to manufacture certain paper airplanes.) If the folded isosceles triangle is placed on the surface of a table, so that the support sides of the isosceles triangle rest on the table surface, the two parts consisting of right triangles will form a negative lateral dihedral angle at the level of the height of the isosceles triangle. The lower (inner) surface of the folded isosceles triangle is a caret-shaped surface. The angle between the height (the fold line) and the air flow is the angle of attack of the shaped surface. caret.
Pour des combinaisons spécifiques de vitesse hypersonique et d'angle d'attaque (qu'on appelle ci-après des "conditions de fonctionnement prédéterminées"), que l'homme de l'art pourra déterminer, la surface en forme de caret définie ci-dessus produit une onde de choc plane dans le plan de ses bords d'attaque (le plan contenant les côtés d'appui du triangle isocèle plié, qui est également le plan de la surface de la table), ce qui conduit à une pression uniforme entre l'onde de choc et la surface en forme de caret (la surface inférieure du triangle isocèle plié), égale à la pression en arrière de l'onde de choc dans un écoulement bidimensionnel en forme de coin. On obtiendra une bonne approximation d'un écoulement bidimensionnel en forme de coin, pour des conditions s'écartant de la vitesse hypersonique et de l'angle d'attaque nominaux. For specific combinations of hypersonic speed and angle of attack (hereinafter called "predetermined operating conditions"), which those skilled in the art can determine, the caret-shaped surface defined here -above produces a plane shock wave in the plane of its leading edges (the plane containing the support sides of the folded isosceles triangle, which is also the plane of the table surface), which leads to pressure uniform between the shock wave and the caret-shaped surface (the bottom surface of the folded isosceles triangle), equal to the pressure behind the shock wave in a two-dimensional wedge-shaped flow. A good approximation of a two-dimensional wedge-shaped flow will be obtained for conditions deviating from the nominal hypersonic velocity and angle of attack.
La surface en forme de caret de l'invention est identique à la surface inférieure de l'aile en caret qui est décrite dans la littérature technique. Des ailes en caret sont décrites dans un article de K. Kipke intitulé "Experimental Investigations of Wave Riders in the Mach
Number Range from 8 to 15" publié dans AGARD Hypersonic
Boundary Layers and Flow Fields (mai 1968).The caret-shaped surface of the invention is identical to the lower surface of the caret wing which is described in the technical literature. Caret wings are described in an article by K. Kipke entitled "Experimental Investigations of Wave Riders in the Mach
Number Range from 8 to 15 "published in AGARD Hypersonic
Boundary Layers and Flow Fields (May 1968).
Un but de l'invention est de procurer une entrée d'air de moteur d'engin volant ayant une grande région de capture d'air. An object of the invention is to provide an air intake for a flying engine engine having a large air capture region.
Un autre but de l'invention est de procurer une entrée d'air de moteur d'engin volant hypersonique qui ait une structure en flèche tridimensionnelle mais qui procure néanmoins un écoulement bidimensionnel. Another object of the invention is to provide an air inlet for a hypersonic flying engine engine which has a three-dimensional swept structure but which nevertheless provides a two-dimensional flow.
Un but supplémentaire de l'invention est de procurer un moteur d'engin volant hypersonique qui produise un couple de tangage de valeur générale nulle. A further object of the invention is to provide a hypersonic flying engine which produces a pitch torque of zero general value.
Un but supplémentaire de l'invention est de procurer un engin volant hypersonique comportant un moteur qui permette d'exercer une commande de tangage sur l'engin. A further object of the invention is to provide a hypersonic flying machine comprising a motor which makes it possible to exert a pitch control on the machine.
Dans un premier mode de réalisation, l'entrée d'air de moteur d'engin volant de l'invention comprend un premier élément, un second élément et une partie arrière. In a first embodiment, the air intake of the engine of a flying vehicle of the invention comprises a first element, a second element and a rear part.
Chacun des premier et second éléments comporte au moins une partie de surface qui est de façon générale en forme de caret, et ces éléments sont disposés face à face de part et d'autre d'une région de capture qui contient au poins partiellement les écoulements bidimensionnels en forme de coin que produisent de telles parties de surface en forme de caret. La partie arrière réunit les premier et second éléments et elle comporte un orifice qui forme le col de l'entrée d'air du moteur.Each of the first and second elements comprises at least one surface part which is generally in the form of a caret, and these elements are arranged face to face on either side of a capture region which partially contains the flows. two-dimensional wedge-shaped produced by such caret-shaped surface parts. The rear part brings together the first and second elements and it has an orifice which forms the neck of the engine air intake.
Dans un second mode de réalisation, l'entrée d'air de moteur d'engin volant hypersonique de l'invention comprend un élément supérieur, un élément inférieur et une partie arrière. L'élément supérieur comporte une partie de surface inférieure qui est de façon générale en forme de caret. L'élément inférieur comporte deux parties de surface supérieure qui ont de façon générale une forme de demi-caret et qui sont inversées et transposées. La partie arrière relie les éléments supérieur et inférieur et comporte un orifice formant le col de l'entrée d'air du moteur. In a second embodiment, the air inlet of the hypersonic flying engine motor of the invention comprises an upper element, a lower element and a rear part. The upper member has a lower surface portion which is generally in the form of a caret. The lower element has two upper surface parts which generally have the shape of a half-caret and which are inverted and transposed. The rear part connects the upper and lower elements and has an orifice forming the neck of the engine air intake.
Dans un troisième mode de réalisation, le moteur d'engin volant hypersonique de l'invention comprend l'entrée d'air du second mode de réalisation décrit précédemment, une chambre de combustion, des injecteurs de carburant et une tuyère d'éjection. Les injecteurs de carburant sont placés dans la chambre de combustion, et la chambre de combustion est reliée en série à la partie arrière de l'entrée d'air. La tuyère d'éjection est reliée en série à la chambre de combustion et elle comporte des segments supérieur et inférieur de forme générale symétrique. In a third embodiment, the hypersonic flying engine of the invention comprises the air inlet of the second embodiment described above, a combustion chamber, fuel injectors and an ejection nozzle. The fuel injectors are placed in the combustion chamber, and the combustion chamber is connected in series to the rear part of the air inlet. The exhaust nozzle is connected in series to the combustion chamber and has upper and lower segments of generally symmetrical shape.
Dans un quatrième mode de réalisation, l'engin volant hypersonique de l'invention comprend le moteur du troisième mode de réalisation décrit précédemment, et deux ailes en flèche fixées à l'élément inférieur de l'entrée d'air du moteur, tandis que chacun des segments supérieur et inférieur de la tuyère d'éjection comporte un volet arrière pour la commande en tangage, et chaque aile comporte un mécanisme pour la commande en lacet et en roulis. In a fourth embodiment, the hypersonic flying machine of the invention comprises the engine of the third embodiment described above, and two arrowed wings attached to the lower element of the engine air intake, while each of the upper and lower segments of the ejection nozzle has a rear flap for pitch control, and each wing has a mechanism for yaw and roll control.
L'invention procure plusieurs avantages. Les surfaces d'entrée d'air en forme de caret et de demi-caret procurent une entrée d'air de moteur hypersonique à structure en flèche tridimensionnelle et capable de capturer un grand volume d'air, qui produit un écoulement bidimensionnel en forme de coin. Ceci facilite l'analyse d'un chemin d'écoulement d'air bidimensionnel et permet d'effectuer plus aisément des tests de composants de moteur par liaison directe. Les segments supérieur et inférieur symétriques de la tuyère d'éjection produisent un couple de tangage de valeur générale nulle. Les volets arrière sur les segments supérieur et inférieur de la tuyère d'éjection procurent un moteur capable d'exercer une commande de tangage. The invention provides several advantages. The caret and half-caret air inlet surfaces provide an air inlet for a hypersonic engine with a three-dimensional arrow structure and capable of capturing a large volume of air, which produces a two-dimensional flow in the form of corner. This makes it easier to analyze a two-dimensional air flow path and makes it easier to test engine components by direct link. The symmetrical upper and lower segments of the exhaust nozzle produce a pitch torque of zero general value. The rear flaps on the upper and lower segments of the exhaust nozzle provide a motor capable of exercising pitch control.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La suite de la description se réfère aux dessins annexés sur lesquels
La figure 1 est une vue en perspective de l'engin volant hypersonique comprenant son entrée d'air de moteur;
La figure 2 est une coupe latérale du moteur supersonique; et
La figure 3 est une vue en élévation de face, en perspective, de l'engin volant hypersonique.The invention will be better understood on reading the following description of embodiments, given by way of nonlimiting examples. The following description refers to the accompanying drawings in which
Figure 1 is a perspective view of the hypersonic flying machine comprising its engine air inlet;
Figure 2 is a side section of the supersonic motor; and
Figure 3 is a front elevational view, in perspective, of the hypersonic flying machine.
Les figures 1 à 3 illustrent la présente invention, mise en oeuvre sous la forme d'une entrée d'air de moteur 10, d'un moteur hypersonique 12 et d'un engin volant 14. L'entrée d'air 10 de moteur d'engin volant est conçue pour le fonctionnement hypersonique et elle comprend un premier élément ou élément supérieur, 16, un second élément ou élément inférieur 18 (ayant de préférence, mais non obligatoirement, deux parties de surface supérieures 26 et 28 qu'on décrira ultérieurement), et une partie arrière 20. Figures 1 to 3 illustrate the present invention, implemented in the form of an engine air inlet 10, a hypersonic engine 12 and a flying machine 14. The engine air inlet 10 of a flying machine is designed for hypersonic operation and it comprises a first element or upper element, 16, a second element or lower element 18 (preferably having, but not necessarily, two upper surface portions 26 and 28 which will be described later), and a rear part 20.
L'élément supérieur 16 de l'entrée d'air comporte une partie de surface inférieure ayant une forme générale en ca ret, 22, et une surface supérieure profilée 24. La partie de surface inférieure en forme de caret 22 a la forme de la surface inférieure d'une aile en caret. Comme il est connu de l'homme de l'art, la surface inférieure à flèche tridimensionnelle d'une aile en caret produit un écoulement bidimensionnel en forme de coin au-dessous de cette surface inférieure, dans des conditions de fonctionnement prédéterminées d'angle d'attaque et de vitesse hypersonique (qu'on choisit de façon caractéristique pour la vitesse de croisière de l'engin).La surface supérieure 24 de l'entrée d'air 10 du moteur constitue également une partie du fuselage de l'engin, et l'habitacle (pour un engin habité) et au moins une partie d'une soute contenant la charge utile, peuvent être placés entre la surface supérieure 24 et la partie de surface inférieure en forme de caret 22 de l'entrée d'air 10 du moteur.The upper element 16 of the air intake comprises a lower surface part having a general shape in ca ret, 22, and a profiled upper surface 24. The lower caret-shaped surface part 22 has the shape of the lower surface of a caret wing. As is known to those skilled in the art, the bottom three-dimensional jib surface of a caret wing produces a two-dimensional wedge-shaped flow below this bottom surface, under predetermined operating conditions of angle hypersonic attack and speed (which is typically chosen for the cruising speed of the craft). The upper surface 24 of the air intake 10 of the engine also forms part of the fuselage of the craft , and the passenger compartment (for a manned vehicle) and at least part of a hold containing the payload, can be placed between the upper surface 24 and the lower surface portion in the form of a caret 22 of the entry engine air 10.
L'élément inférieur 18 de l'entrée d'air comporte deux parties de surface supérieure ayant une forme générale en demi-caret, inversées et transposées, 26 et 28, qui sont définies de la manière suivante : inverser (c'est-à-dire retourner) la surface inférieure d'une aile en caret pour obtenir une surface supérieure en forme de caret, couper ensuite longitudinalement cette surface en deux moitiés pour produire deux surfaces supérieures en forme de demicaret (mutuellement symétriques), et transposer ensuite les deux surfaces supérieures en forme de demi-caret (c'est-àdire permuter leurs positions sans rotation).Les parties de surface supérieure en forme de demi-caret 26 et 28, présentant une flèche tridimensionnelle, produiront un écoulement bidimensionnel en forme de coin au-dessus de ces parties de surface, dans des conditions de fonctionnement prédéterminées d'angle d'attaque et de vitesse hypersonique (qu'on choisit égaux à l'angle d'attaque et la vitesse hypersonique choisis pour la conception de la partie de surface inférieure en forme de caret 22 de l'élément supérieur 16 de l'entrée d'air), comme l'homme de l'art pourra le noter.Dans un exemple de réalisation, la partie de surface inférieure en forme de caret 22 et les parties de surface supérieure en forme de demi-caret 26 et 28 sont disposées et orientées de façon à comprimer également leurs écoulements bidimensionnels respectifs au col 30, à la vitesse hypersonique prédéterminée. I1 est préférable que chaque partie de surface supérieure en forme de demi-caret 26 et 28 de l'élément inférieur 18 de l'entrée d'air soit créée à partir d'une moitié coupée en direction longitudinale, inversée et transposée, de la partie de surface inférieure en forme de caret 22 de l'élément supérieur 16 de l'entrée d'air.Les parties de surface supérieure en forme de demicaret 26 et 28 sont réunies du côté intérieur à des parties de surface inférieure profilées de façon correspondante, 32 et 34, de l'élément inférieur 18 de l'entrée d'air, de fa çon que ces parties de surface inférieure constituent également une partie du fuselage de l'engin, et de façon qu'une partie au moins du train d'atterrissage puisse être placée entre ces parties de surface supérieure et inférieure. Les parties de surface supérieure 26 et 28 et les parties de surface inférieure 32 et 34 sont réunies du côté extérieur à des parties en rampe dressées correspondantes, 36 et 38, d'orientation générale verticale, qui contibuent à limiter la quantité d'air d'entrée qui est perdu par fuite latérale pendant le fonctionnement hors des conditions nominales, à de faibles nombres de Mach. The lower element 18 of the air intake has two upper surface parts having a general half-caret shape, inverted and transposed, 26 and 28, which are defined as follows: invert (i.e. - say to turn over) the lower surface of a caret wing to obtain a higher surface in the form of a caret, then cut this surface longitudinally in two halves to produce two upper surfaces in the form of a demicaret (mutually symmetrical), and then transpose the two Top half-caret surfaces (i.e. swap their positions without rotation). The top half-caret surface portions 26 and 28, having a three-dimensional arrow, will produce a two-dimensional wedge-shaped flow at the -above these surface parts, under predetermined operating conditions of angle of attack and hypersonic speed (which are chosen equal to the angle of attack and the speed h chosen for the design of the caret-shaped lower surface part 22 of the upper element 16 of the air intake), as those skilled in the art will note. caret-shaped lower surface part 22 and the half-caret-shaped upper surface parts 26 and 28 are arranged and oriented so as to also compress their respective two-dimensional flows at the neck 30, at the predetermined hypersonic speed. It is preferable that each upper surface part in the form of a half-caret 26 and 28 of the lower element 18 of the air intake is created from a half cut in the longitudinal direction, inverted and transposed, from the caret-shaped lower surface part 22 of the upper element 16 of the air inlet. The upper half-shaped surface parts 26 and 28 are joined on the inner side to correspondingly profiled lower surface parts , 32 and 34, of the lower element 18 of the air intake, so that these lower surface parts also constitute a part of the fuselage of the craft, and so that at least part of the train landing can be placed between these upper and lower surface portions. The upper surface parts 26 and 28 and the lower surface parts 32 and 34 are joined on the outside to corresponding upright ramp parts, 36 and 38, of generally vertical orientation, which help to limit the amount of air d input which is lost by lateral leakage during operation outside nominal conditions, at low Mach numbers.
La partie arrière 20 de l'entrée d'air assure la liaison entre les éléments supérieur 16 et inférieur 18 de l'entrée d'air, et elle comporte un orifice qui définit le col 30 de l'entrée d'air 10 du moteur. Le col 30 reçoit au moins une partie des écoulements bidimensionnels en forme de coin qui sont produits par les éléments supérieur 16 et inférieur 18 de l'entrée d'air. On voit que les éléments supérieur 16 et inférieur 18 de l'entrée d'air sont dispo sés de façon générale face à face de part et d'autre d'une région de capture d'air 40 qui est grande par rapport à la taille relative du véhicule 40. Une aire de capture d'aire élevée est nécessaire à des vitesses élevées.A des vitesses inférieures, au moins une fraction de la partie inutile de l'air d'entrée fuit de façon naturelle par le côté ouvert et les parties inférieures de l'entrée d'air 10 du moteur, ce qui réduit la nécessité d'un moteur ayant une configuration géométrique d'entrée d'air variable. The rear part 20 of the air inlet provides the connection between the upper 16 and lower 18 elements of the air inlet, and it has an orifice which defines the neck 30 of the air inlet 10 of the engine . The neck 30 receives at least part of the two-dimensional wedge-shaped flows which are produced by the upper 16 and lower 18 elements of the air inlet. It can be seen that the upper 16 and lower 18 elements of the air inlet are generally disposed face to face on either side of an air capture region 40 which is large relative to the size vehicle 40. A high area capture area is required at high speeds. At lower speeds, at least a fraction of the unnecessary portion of the intake air naturally leaks through the open side and lower parts of the air intake of the engine, which reduces the need for an engine having a geometrical configuration of variable air intake.
Pour procurer une compression accrue qui est nécessaire à des vitesses élevées, la partie arrière 20 de l'entrée d'air 10 du moteur comprend également une rampe de transition supérieure 42 et deux rampes de transition inférieures 44 et 46. La rampe de transition supérieure 42 s'étend en descendant à partir de la partie de surface inférieure en forme de caret 22 de l'élément supérieur 16 de l'entrée d'air, et elle se termine du côté arrière au niveau du col 30. Les rampes de transition inférieures 44 et 46 (qui peuvent être combinées ensemble pour former une seule rampe) s'étendent en montant à partir d'une partie de surface supérieure en forme de demi-caret correspondante, 26 et 28, de l'élément inférieur 18 de l'entrée d'air, et elles se terminent du côté arrière au niveau du col 30. To provide the increased compression that is required at high speeds, the rear portion 20 of the engine air inlet 10 also includes an upper transition ramp 42 and two lower transition ramps 44 and 46. The upper transition ramp 42 extends down from the caret-shaped lower surface part 22 of the upper element 16 of the air intake, and it ends on the rear side at the level of the neck 30. The transition ramps lower 44 and 46 (which can be combined together to form a single ramp) extend from an upper surface part in the form of a corresponding half-caret, 26 and 28, of the lower element 18 of the 'air intake, and they end on the rear side at the neck 30.
Comme l'homme de l'art pourra le noter, les rampes de transition guident l'écoulement bidimensionnel provenant de la surface de caret ou de semi-caret correspondante, sans affecter sa nature bidimensionnelle. Outre le fait que les rampes de transition augmentent la compression, elles permettent également de donner une forme rectangulaire au col 30 de l'entrée d'air, ce qui simplifie l'analyse et le test. Une configuration géométrique de col rectangulaire assure également une transition efficace avec la partie de chambre de combustion 48 du moteur, située en aval. I1 est préferable que les rampes de transition soient mobiles, pour régler la hauteur du col de forme rectangulaire.Le fait de disposer d'un col de forme rectangulaire d'aire variable permet d'effectuer un réglage pour différents rapports de compression que nécessite le moteur à différentes vitesses pendant le vol, comme à une vitesse augmentant depuis Mach 5 jusqu'à Mach 25 ou 30. Un col rectangulaire d'aire variable permet également d'utiliser une configuration géométrique variable dans la partie de chambre de combustion du moteur, comme il pourrait être souhaitable pour le fonctionnement sur une plage étendue de nombres de Mach de vol.As one skilled in the art will appreciate, the transition ramps guide the two-dimensional flow from the corresponding caret or semi-caret surface, without affecting its two-dimensional nature. In addition to the fact that the transition ramps increase the compression, they also make it possible to give a rectangular shape to the neck 30 of the air intake, which simplifies the analysis and the test. A geometric configuration of rectangular neck also ensures an efficient transition with the combustion chamber part 48 of the engine, located downstream. It is preferable that the transition ramps are mobile, to adjust the height of the rectangular-shaped neck. The fact of having a rectangular-shaped neck of variable area allows adjustment to be made for different compression ratios that the engine at different speeds during flight, such as at an increasing speed from Mach 5 to Mach 25 or 30. A rectangular neck of variable area also allows the use of a variable geometric configuration in the combustion chamber part of the engine, as it might be desirable for operation over a wide range of flight Mach numbers.
Le moteur hypersonique 12 est de préférence un statoréacteur, un statoréacteur à combustion hypersonique, un moteur hybride ou à cycle combiné, ou un moteur semblable, et il comprend l'entrée d'air 10 décrite précédemment, une chambre de combustion 48 reliée en série à la partie arrière 20 de l'entrée d'air, un ensemble d'injecteurs de carburant 50 placés dans la chambre de combustion 48, et une tuyère d'éjection 52 reliée en série à la chambre de combustion 48. La tuyère d'éjection 52 comporte des segments supérieur 54 et inférieur 56 symétriques qui produisent conjointement un couple de tangage de valeur générale nulle. La partie arrière 20 de l'entrée d'air 10 du moteur comporte de préférence des nervures 58 mutuellement espacées, ayant un profil en flèche.Ces nervures 58 procurent un support structural et elles sont placées en avant du col 30, à proximité de ce dernier et s'étendent dans la direction de sa largeur. Des injecteurs de carburant supplémentaires (non représentés) sont placés dans la partie arrière 20 de l'entrée d'air, comme par exemple sur les parois des nervures 58 et/ou dans leurs régions de base faisant face vers l'arrière. The hypersonic engine 12 is preferably a ramjet, a hypersonic combustion ramjet, a hybrid or combined cycle engine, or a similar engine, and it comprises the air inlet 10 described above, a combustion chamber 48 connected in series. at the rear part 20 of the air inlet, a set of fuel injectors 50 placed in the combustion chamber 48, and an ejection nozzle 52 connected in series to the combustion chamber 48. The nozzle ejection 52 comprises symmetrical upper 54 and lower 56 segments which jointly produce a pitch torque of zero general value. The rear part 20 of the air intake 10 of the engine preferably has mutually spaced ribs 58, having an arrow profile. These ribs 58 provide structural support and they are placed in front of the neck 30, near this last and extend in the direction of its width. Additional fuel injectors (not shown) are placed in the rear part 20 of the air inlet, such as for example on the walls of the ribs 58 and / or in their rear regions facing backwards.
L'engin volant hypersonique 14 comprend le moteur 12 décrit précédemment et deux ailes en flèche 60 et 62 qui sont fixées à l'élément inférieur 18 de l'entrée d'air. Les ailes 60 et 62 comportent des moyens de commande pour la manoeuvre de l'engin en lacet et en roulis. Ces moyens comprennent de préférence des ailerons verticaux inclinés 64 et 66. D'autres moyens de ce type comprennent des parties de volet de commande de roulis dans les ailes plus des ailerons verticaux avec des parties de volets de commande de lacet, des jets de réaction, etc., comme il est connu de l'homme de l'art. La commande de tangage ou de profondeur de l'engin est assurée par des volets arrière 68 et 70 qui sont fixés aux segments supérieur 54 et inférieur 56 de la tuyère d'éjection.A des vitesses hypersoniques, la commande en tangage est réalisée en faisant tourner vers l'intérieur un volet arrière 68 ou 70 pour l'amener dans la région d'éjection 72 de la tuyère, du fait que la pression d'air peut être insuffisante pour la commande de 1 ' engin par la rotation d'un volet arrière vers l'extérieur de la tuyère d'éjection, en particulier si la région extérieure est dans "l'ombre" du véhicule par rapport à l'écoulement d'air libre. Du fait qu'un engin hypersonique exige de grandes quantités de carburant (ainsi que d'air), des réservoirs de carburant 74 ayant une forme intégrée à la structure sont disposés au moins en partie à l'intérieur de la tuyère d'éjection 52. The hypersonic flying machine 14 comprises the engine 12 described above and two arrow wings 60 and 62 which are fixed to the lower element 18 of the air inlet. The wings 60 and 62 include control means for maneuvering the machine in yaw and roll. These means preferably include inclined vertical fins 64 and 66. Other means of this type include parts of roll control flap in the wings plus vertical fins with parts of yaw control flaps, jet jets , etc., as is known to those skilled in the art. The pitch or depth control of the machine is provided by rear flaps 68 and 70 which are fixed to the upper 54 and lower 56 segments of the ejection nozzle. At hypersonic speeds, the pitch control is achieved by turn inward a rear flap 68 or 70 to bring it into the ejection region 72 of the nozzle, since the air pressure may be insufficient for controlling the machine by the rotation of a rear flap towards the outside of the exhaust nozzle, in particular if the outside region is in the "shadow" of the vehicle with respect to the flow of free air. Since a hypersonic machine requires large amounts of fuel (as well as air), fuel tanks 74 having a shape integrated into the structure are arranged at least partially inside the ejection nozzle 52 .
I1 est préférable que l'engin volant hypersonique 14 décolle d'une piste en étant propulsé par des fusées de décollage 76 montées sur les côtés de la tuyère d'éjection 52. Lorsqu'une vitesse suffisante pour le fonctionnement d'un statoréacteur ou d'un statoréacteur à combustion hypersonique est atteinte, les fusées 76 sont mises hors fonction ou larguées, et le moteur 12 décrit précédemment prend le relais pour propulser l'engin volant 14 jusqu'à des vitesses hypersoniques. On peut envisager d'autres moyens de décollage, comprenant le montage de l'engin sur le dos d'un grand aéronef supersonique de type classique, ou l'incorporation dans l'engin d'un ou de plusieurs turboréacteurs fonctionnant selon un cycle hybride ou combiné avec le moteur de l'invention, comme il est connu de l'homme de l'art.Lorsqu'on désire un fonctionnement orbital de l'engin volant 14, on peut réallumer les fusées 76, si nécessaire, pour contribuer à l'obtention de la vitesse orbitale finale. It is preferable that the hypersonic flying machine 14 take off from a runway while being propelled by take-off flares 76 mounted on the sides of the ejection nozzle 52. When a speed sufficient for the operation of a ramjet or d 'A hypersonic combustion ramjet is reached, the rockets 76 are deactivated or dropped, and the engine 12 described above takes over to propel the flying machine 14 to hypersonic speeds. Other take-off means can be envisaged, comprising mounting the craft on the back of a large supersonic aircraft of the conventional type, or incorporating one or more turbojet engines operating in a hybrid cycle into the craft. or combined with the engine of the invention, as is known to those skilled in the art. When an orbital operation of the flying object 14 is desired, the rockets 76 can be re-ignited, if necessary, to contribute to obtaining the final orbital speed.
Des paramètres de conception classiques, qui ont fait l'objet de simulations sur ordinateur, comprennent une vitesse hypersonique prédéterminée de Mach 25, un rapport de contraction (d'aire) de l'entrée d'air de 30 à 1, des angles de rampes de transition de 5 à 11 degrés, et un angle de flèche du bord d'attaque de l'entrée d'air de 77 degrés. Typical design parameters, which have been simulated on a computer, include a predetermined hypersonic speed of Mach 25, an air intake contraction (area) ratio of 30 to 1, angles of transition ramps from 5 to 11 degrees, and a deflection angle of the leading edge of the air inlet of 77 degrees.
La description précédente de plusieurs modes de réalisation préférés de l'invention a été présentée dans un but d'illustration. Elle ne vise pas à être exhaustive ou à limiter l'invention à la forme précise qui a été décrite, et de nombreux changements et modifications sont évidemment possibles sur la base de la description précédente. I1 faut noter que les termes "supérieur" et "inférieur" sont des termes qu'on utilise par commodité pour décrire les éléments de l'entrée d'air 10 du moteur. A titre d'exemple, il est clair que l'entrée d'air 10 du moteur peut être orientée sous n'importe quel angle choisi à l'avance, en relation avec l'axe longitudinal de l'engin, par rapport au reste de l'engin volant hypersonique 14. Dans un mode de réalisation préféré de l'engin volant hypersonique 14, les termes "supérieur" et "inférieur" décrivent les éléments de l'entrée d'air 10 du moteur lorsque l'engin volant hypersonique 14 est en vol horizontal. The foregoing description of several preferred embodiments of the invention has been presented for the purpose of illustration. It is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise form which has been described, and numerous changes and modifications are obviously possible on the basis of the preceding description. It should be noted that the terms "upper" and "lower" are terms which are used for convenience in describing the elements of the air intake 10 of the engine. For example, it is clear that the air inlet 10 of the engine can be oriented at any angle chosen in advance, in relation to the longitudinal axis of the machine, relative to the rest of the hypersonic flying device 14. In a preferred embodiment of the hypersonic flying device 14, the terms "upper" and "lower" describe the elements of the air intake 10 of the engine when the hypersonic flying device 14 is in horizontal flight.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9000385A FR2677078A1 (en) | 1990-01-15 | 1990-01-15 | Air intake for hypersonic engine, and hypersonic flying machine |
Applications Claiming Priority (1)
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FR9000385A FR2677078A1 (en) | 1990-01-15 | 1990-01-15 | Air intake for hypersonic engine, and hypersonic flying machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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FR2677078A1 true FR2677078A1 (en) | 1992-12-04 |
Family
ID=9392759
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR9000385A Withdrawn FR2677078A1 (en) | 1990-01-15 | 1990-01-15 | Air intake for hypersonic engine, and hypersonic flying machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2677078A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102748135A (en) * | 2012-07-29 | 2012-10-24 | 西北工业大学 | Method for designing fixed-geometry two-dimensional mixed-compression type supersonic velocity air inlet channel |
RU2746615C2 (en) * | 2019-09-17 | 2021-04-19 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Ramjet engine input device |
-
1990
- 1990-01-15 FR FR9000385A patent/FR2677078A1/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102748135A (en) * | 2012-07-29 | 2012-10-24 | 西北工业大学 | Method for designing fixed-geometry two-dimensional mixed-compression type supersonic velocity air inlet channel |
CN102748135B (en) * | 2012-07-29 | 2013-12-25 | 西北工业大学 | Method for designing fixed-geometry two-dimensional mixed-compression type supersonic velocity air inlet channel |
RU2746615C2 (en) * | 2019-09-17 | 2021-04-19 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Ramjet engine input device |
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