طراحي دهانه ورودي سه بعدي با استفاده از الگوي جريان شوك

Design of Supersonic Inlet Based on Shock Wave

يكپارچه‌سازي دهانه ورودي با بدنه هواپيما و پشتيباني بهينه سامانه رانش هواتنفسي توسط دهانه، يكي از چالش برانگيزترين مسائل مرتبط با طراحي هواپيما و كارآيي رانشي است. غيرمنعطف بودن دانش مكانيك سيال از يكسو و قيود عملكردي سيستم هوا تنفسي از سوي ديگر مانع از توسعه و تغيير سريع ساختار دهانه ورودي شده است. يكي از مهمترين قيود هندسيِ تاثيرگذار در طراحي دفيوزر، تغيير شكل بهينه مقطع وروديِ دهانه از ساختار غير دايروي در مقطع ورودي به ساختار كاملا دايروي در صفحه كمپرسور است. از آنجايي كه يكپارچه‌سازي دهانه با بدنه هواپيما نيازمند استفاده از مقاطع غير دايروي در هندسه وروديِ دهانه است، الگوريتمِ توسعه سطح داخلي دفيوزر بر اساس اتصال مقطع غير‌دايروي به يك مقطع دايروي و بهينه‌سازي آن نقش كليدي در كارآيي گاز-ديناميكي سامانه مكش بازي مي‌كند. اين مسئله در دهانه ورودي مافوق صوت بسيار با اهميت‌تر است. در اين مقاله شيوه طراحي دهانه ورودي با استفاده از روش معكوس در ميدان حاصل از شوك در ماخ 1.6 ارائه و مدل هندسي حاصل به صورت عددي شبيه‌سازي شده است. در اين روش گوشه‌هاي دهانه وردي مستطيلي به گونه‌اي گرد مي‌شوند كه تغييري در ساختار شوك مايل سطح تراكمي ايجاد نشود. به عبارت دقيق‌تر بخش گرد شده نيز جزءي از سطح تراكمي سه بعدي خواهد بود.

Integration of airframe and propulsion system is one of the most challenging steps in flight vehicle design cycles. In this paper, a three-dimensional supersonic inlet based on the wave-derived geometry technique has been designed and analyzed. Although the considered method was created for hypersonic forebodies, the idea is fully operational for the low supersonic inlet design at Mach 1.6. The inlet concept in this paper is formed from predefined profile elements which are used to generate the threedimensional geometry in an oblique shock pattern. By this approach, the curved corner of the inlet entrance edge can generate the same shock as the main compression surface and also these curved surfaces provide the optimum transition between entrance geometry and compressor face which is important for the airflow quality and propulsive efficiency. The new concept has been validated by a series of accurate CFD simulations with completely structural grid domains. The major inlet's performance factors like total pressure recovery, flow distortion and mass flow capture ratio are calculated. The concept and its accurate numerical simulations create a baseline for more advanced designs and researches about the three-dimensional inlets and geometry transition techniques between the different sections of duct.