Los conos de entrada (a veces llamados conos de choque o cuerpos centrales de entrada [1] ) son un componente de algunos aviones y misiles supersónicos . Se utilizan principalmente en estatorreactores , como el D-21 Tagboard y el Lockheed X-7 . Algunos aviones turborreactores, incluidos el Su-7 , el MiG-21 , el English Electric Lightning y el SR-71, también utilizan un cono de entrada.
Un cono de entrada, como parte de una entrada tipo Oswatitsch utilizada en un avión o misil supersónico, es la superficie 3D sobre la cual se produce la compresión supersónica del ariete para un motor de turbina de gas o una cámara de combustión estatorreactor a través de ondas de choque oblicuas. Reducir la velocidad del aire a velocidades supersónicas bajas utilizando un cono minimiza la pérdida de presión total (aumenta la recuperación de presión). Además, el cono, junto con el labio de la cubierta de entrada, determinan el área que regula el flujo que ingresa a la entrada. Si el flujo es mayor que el requerido por el motor, entonces puede ocurrir inestabilidad en la posición de choque (zumbido). Si se requiere menos de la presión, la recuperación de presión es menor, lo que reduce el empuje del motor. [2]
Se puede utilizar una entrada con cono para suministrar aire a alta presión para equipos estatorreactores que normalmente serían accionados por eje en un motor de turbina, por ejemplo, para accionar turbobombas para la bomba de combustible en el estatorreactor Bristol Thor y energía hidráulica en el misil Bristol Bloodhound .
El ángulo del cono se elige de modo que, en las condiciones de diseño de la entrada (Mach 1,7 para la entrada English Electric Lightning [3] ), la onda de choque que se forma en su vértice coincida con el labio del capó. La entrada pasa su máximo flujo de aire y logra su máxima recuperación de presión. [4] Una velocidad de diseño más alta puede requerir dos choques oblicuos enfocados en el labio para mantener una recuperación de presión aceptable y pasar el flujo de aire máximo. En este caso se requiere un cono bicónico con dos ángulos (el estatorreactor Bristol Thor tiene 24 y 31 grados para una velocidad de diseño de Mach 2,5). [5] Para velocidades más altas, se puede utilizar una transición con un contorno más suave entre los ángulos del cono en lo que se conoce como una punta isentrópica ( estatorreactor Marquardt RJ43 ). [6]
El cuerpo cónico puede ser un cuerpo central de cono completo en una entrada redonda ( MiG-21 ), un medio cono en una entrada lateral del fuselaje ( Lockheed F-104 Starfighter ) o un cuarto de cono en una entrada lateral del fuselaje/bajo las alas ( General Dynamics F-111 Oso hormiguero ).
La parte trasera del cono más allá de su diámetro máximo, orientada hacia atrás y no vista dentro del conducto, tiene una forma similar a la parte frontal que sobresale. El cono visible es un difusor supersónico con un requisito de baja pérdida de presión total, y la parte trasera, aerodinámica, junto con el perfil de la superficie interna del conducto, forma el difusor subsónico, también con un requisito de baja pérdida de presión total como el aire se desacelera hasta el número de Mach de entrada del compresor.
Para números de Mach inferiores a aproximadamente 2,2, toda la compresión del choque se realiza externamente. Para números de Mach más altos, parte de la difusión supersónica tiene que tener lugar dentro del conducto, lo que se conoce como compresión externa/interna o mixta. En este caso la parte trasera de la superficie cónica orientada hacia adelante, junto con el perfil de la superficie interna del conducto, continúa la difusión supersónica con choques oblicuos reflejados hasta el choque normal final. En el caso del Lockheed SR-71 Blackbird, con parte de la compresión supersónica teniendo lugar dentro de los conductos, las superficies internas de la púa y de la cubierta se curvaron para una compresión isentrópica gradual. [7] El cono de entrada también tiene diferentes posiciones axiales para controlar cómo varía el área de captura con el área interna de la garganta del conducto. Para una mejor operación de admisión, esta relación de área requerida aumenta a medida que aumenta el número de Mach en vuelo, de ahí el gran movimiento del cono de entrada en el SR-71, que tuvo que funcionar bien desde velocidades bajas hasta Mach 3,2. En la SR-71, el cono retrocede a velocidades más altas. [8]
A velocidades de vuelo subsónicas, la entrada cónica funciona de forma muy parecida a una entrada de Pitot o un difusor subsónico. Sin embargo, cuando el vehículo se vuelve supersónico, aparece una onda de choque cónica que emana del vértice del cono. El área de flujo a través de la onda de choque disminuye y el aire se comprime. A medida que aumenta el número de Mach en vuelo, la onda de choque cónica se vuelve más oblicua y eventualmente incide en el labio de admisión.
Para velocidades de vuelo más altas se hace necesario un cono móvil para permitir que la compresión supersónica se produzca de manera más eficiente en un rango más amplio de velocidades. Al aumentar la velocidad de vuelo, en la típica entrada de cono móvil supersónico tipo Oswatitsch, el cono se mueve hacia adelante (MiG-21), y si es una entrada de cono que no es de tipo Oswatitsch (SR-71), se mueve hacia atrás. o en la toma. En ambos casos, debido a la forma de la superficie del cono y la superficie interna del conducto, el área de flujo interno se reduce según sea necesario para continuar comprimiendo el aire de forma supersónica. La compresión que se produce en esta trayectoria se denomina "compresión interna" (a diferencia de la "compresión externa" en el cono). En el área de flujo mínimo, o garganta, se produce un choque normal o plano. Luego, el área de flujo aumenta para la compresión o difusión subsónica hasta la cara del motor.
La posición del cono dentro de la entrada generalmente se controla automáticamente para mantener la onda de choque plana ubicada correctamente justo aguas abajo de la garganta. Ciertas circunstancias pueden provocar que la onda de choque sea expulsada de la admisión. Esto se conoce como no iniciar .
Algunas entradas de aire cuentan con un cuerpo central bicónico ( MIG-21 ) para formar dos ondas de choque cónicas, ambas enfocadas en el borde de la entrada. Esto mejora la recuperación de la presión. Algunos aviones ( BAC TSR-2 , F-104 , Mirage III ) utilizan un cuerpo central semicónico. El F-111 tiene un cuarto de cono, que se mueve axialmente, seguido de una sección de cono en expansión.
El Concorde , el Tu-144 , el F-15 Eagle , el MiG-25 Foxbat y el A-5 Vigilante utilizan las llamadas entradas 2D, donde la góndola es rectangular y una rampa de entrada plana reemplaza los conos dobles. Las rampas de entrada permiten colocar capós de entrada barridos ( F-22 Raptor , F-35 Lightning II ) para evitar golpes.
Algunos otros aviones supersónicos ( Eurofighter Typhoon ) utilizan un labio de capó inferior variable [9] para operaciones de alto ángulo de ataque y un sistema de purga (pared porosa) incorporado en la rampa de admisión para facilitar la estabilización del sistema de choque en números supersónicos de Mach. Para mejorar el flujo de admisión (distorsión reducida), el aire se descarga a través de una ranura de purga de admisión en el lado de la rampa aguas abajo de la admisión. La rampa, que está separada del fuselaje por un desviador, produce un choque oblicuo para desacelerar el flujo. El borde de ataque de la placa divisoria que separa las dos tomas se encuentra aguas abajo de este choque oblicuo. [10]
Muchos aviones supersónicos ( F-16 Fighting Falcon ) prescinden del cuerpo central cónico y emplean una simple admisión de Pitot . Directamente delante de la entrada, a velocidades de vuelo supersónicas, aparece un fuerte choque normal, desprendido, lo que conduce a una mala recuperación de la presión.
La NASA ha probado una alternativa a la entrada de compresión externa/interna o mixta, necesaria para velocidades superiores a Mach 2,2 (por debajo de esa velocidad se utilizan entradas con compresión totalmente externa). La entrada de compresión mixta es susceptible a un arranque o expulsión del choque interno al frente de la entrada. La entrada de la NASA, a la que llaman Entrada Paramétrica, realiza toda la compresión supersónica externamente para que no haya impacto dentro del conducto en una ubicación potencialmente inestable.[1]
Medios relacionados con los conos de entrada en Wikimedia Commons
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