Quais são os méritos de um cone de entrada / espigão / corpo central versus uma entrada 2D?

Ambas são formas de criar choques de compressão para comprimir e desacelerar o ar supersônico.

Entradas de pico

O pico central é caracterizado por:

• fluxo não perturbado,
• peso leve e compacidade, e
• fácil ajuste à velocidade e fluxo de massa em altas velocidades de vôo, traduzindo o pico.

Suas desvantagens são:

• grande perda de eficiência com ângulo de ataque e deslizamento lateral,
• duto interno longo,
• espaço limitado para instalação do radar e
• fluxo de massa limitado a baixa velocidade.

As entradas típicas de pico central são as do MiG-21 ou SR-71, como mostrado abaixo. Observe a variação no ângulo do cone, que ajuda a criar choques adicionais e mais íngremes, de modo que o fluxo seja desacelerado gradualmente ao longo de uma sequência de choques. O interior é preenchido com um sistema de radar ou oco no caso do SR-71. Na altura do lábio de admissão, o espigão SR-71 possui uma parede perfurada para sugar a camada limite do espigão e, posteriormente, contém o mecanismo de translação que o move para frente e para trás para ajustar a seção transversal da admissão e ajustar o choque posição.

Uma variante do espigão central é uma entrada lateral com um meio cone de compressão, como usado no Mirage III, pela Caça estelar F-104 ou de TSR-2. Sua localização no lado da fuselagem ajuda a reduzir o comprimento do duto interno e a reduzir a distorção do fluxo devido ao deslizamento lateral. Também libera espaço na ponta da fuselagem para uma antena de radar maior. No entanto, agora a camada limite da fuselagem deve ser dividida por uma placa divisória para garantir energia igual ao fluxo em toda a seção transversal da entrada.

A imagem abaixo mostra o Relâmpago elétrico inglês com sua entrada de espigão central alimentando dois motores Rolls-Royce Avon e a entrada lateral do TSR-2. Observe as portas de entrada adicionais à ré do lábio de entrada do TSR-2, necessárias para aumentar o fluxo de massa em baixa velocidade.

O Visto F-111 tem uma entrada de pico de um quarto de círculo. Aqui, a raiz da asa também ajuda a direcionar o fluxo, de modo que as variações no ângulo de ataque produzem menos distorção no fluxo de entrada. Para sugar a camada limite de entrada, o espigão é perfurado na posição longitudinal dos lábios de entrada.

Entradas da rampa

O que você chama de entradas 2D são normalmente retangulares com uma forma oblíqua. A aresta dianteira é usada para criar um choque oblíquo que pode ser posicionado para atingir a aresta traseira no lado oposto, deslocando uma ou ambas as arestas para cima e para baixo. Isso também altera a seção transversal da entrada, para que ajustes no fluxo de massa possam ser feitos em uma ampla faixa. Uma rampa ajustável atrás da borda dianteira permite criar mais choques com obliquidade decrescente, de modo que o fluxo seja desacelerado por uma sequência de choques. As entradas típicas da rampa são as da Visto F-14, pela Visto F-15 ou de concórdia. Suas vantagens são:

• Adaptabilidade em uma ampla gama de condições de fluxo, ângulos de ataque e fluxos de massa, e
• adaptação do sistema de choques para eficiência ideal em uma ampla faixa de velocidades supersônicas.

Sua desvantagem é uma conseqüência da ampla adaptabilidade:

• Alto peso e complexidade.

Observe que a pressão na entrada é um múltiplo da pressão externa em velocidade supersônica; portanto, a entrada é na verdade um duto pressurizado. Uma entrada retangular precisará de reforços estruturais maciços para permanecer em forma enquanto a seção transversal passa para uma forma redonda a jusante.

O desenho abaixo mostra a entrada do F-14 em diferentes condições de fluxo. Observe que os lábios de entrada afiados exigem que eles estejam alinhados exatamente com a direção do fluxo local para evitar a separação do fluxo.

Enquanto uma entrada de pico central é a melhor opção para voar na velocidade de projeto, a entrada retangular funciona melhor em uma ampla faixa de velocidades. A mudança na doutrina de combate aéreo de voar o mais rápido possível (1950s) para voar principalmente subsônico com breves supersônicos (desde os 1970s) se reflete na escolha do tipo de ingestão.

Entradas hipersônicas

Ao voar no Mach 5 e acima, a obliquidade das ondas de choque precisará de uma entrada muito longa, e projetos eficazes usam o lado inferior da fuselagem dianteira como parte da entrada para criar a sequência necessária de choques para a recuperação da pressão. Agora, o nariz da fuselagem se torna o lábio frontal da entrada e o corpo é moldado para criar choques cada vez mais acentuados. Alternativamente, a fuselagem dianteira inferior é modelada para funcionar como uma seção de um espigão. O que parece ser a admissão real é na verdade o lábio de admissão traseiro, e a seção divergente da admissão atrás do lábio traseiro é reduzida, pois o fluxo na área de combustão ainda é supersônico, a fim de manter as temperaturas gerenciáveis, tornando o motor um jato de scram. Esta resposta tem mais informações sobre combustão supersônica.

Observe que esse tipo de admissão é otimizado para uma velocidade e é muito pouco ajuste possível. As figuras abaixo mostram um estudo da NASA sobre o X-43A (à esquerda, fonte) e o projeto russo Ajax (à direita, fonte) Um scramjet pode usar os dois tipos de admissão, e o design da fuselagem determinará qual será o tipo.

A fuselagem traseira agora se torna o bico do motor, porque a maior parte da expansão ocorre depois que o fluxo sai da parte fechada do motor.