Diverterless Überschalleinlass - Diverterless supersonic inlet

Vought XF8U-3 Crusader III
Test des diverterlosen Überschalleinlasses der F-35 an einer modifizierten F-16. Die Originalaufnahme ist im oberen Bild zu sehen.
J-10B mit einem umlenkerlosen Lufteinlass, ausgestellt auf der Airshow China 2018

Ein umlenkerloser Überschalleinlass ( DSI ) ist eine Art Lufteinlass von Düsentriebwerken, der von einigen modernen Kampfflugzeugen verwendet wird , um den Luftstrom in ihre Triebwerke zu steuern. Es besteht aus einem "Bump" und einer nach vorne gepfeilten Einlasshaube, die zusammenarbeiten, um den Luftstrom der Grenzschicht vom Triebwerk des Flugzeugs wegzuleiten. Dies macht eine Splitterplatte überflüssig , während die Luft komprimiert wird, um sie von Überschall- auf Unterschallgeschwindigkeit zu verlangsamen. Der DSI kann verwendet werden, um herkömmliche Methoden zur Steuerung von Überschall- und Grenzschichtluftströmungen zu ersetzen.

DSIs können die ersetzen , verwendet werden Einlaßrampe und Einströmdüse , die komplexer sind, schwer und teuer.

Technischer Hintergrund

Wenn ein Flugzeug fliegt, ist die Geschwindigkeit der Luft relativ zum Motor gleich der Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs. Gegenwärtige Turbinentriebwerke sind jedoch nicht in der Lage, einen Überschallluftstrom zu handhaben. Dies liegt daran, dass Stoßwellen, die mit Überschallgeschwindigkeiten verbunden sind, Turbinenschaufeln beschädigen oder gefährliche Schwingungen verursachen können, was zu Schubverlust oder Triebwerkausfall führt. Folglich muss bei Flugzeugen, die mit Überschallgeschwindigkeit fliegen, die in den Einlass eintretende Luft auf Unterschallgeschwindigkeit verlangsamt werden, bevor sie die Verdichter- und Turbinenschaufeln des Strahltriebwerks erreicht . Darüber hinaus muss der Luftstrom auch die optimale Geschwindigkeit und das optimale Volumen aufweisen, um maximalen Schub zu bieten.

Einlässe

Moderne Kampfflugzeuge erreichen dies auf vielfältige Weise durch die Gestaltung des Einlasses. Der Einlass sitzt stromaufwärts des Verdichters und hat einen starken Einfluss auf den Nettoschub des Triebwerks. Ein gut gestalteter Einlass begradigt die Strömung und speist den Kompressor mit Luft mit geringer Turbulenz bei relativ konstanter Geschwindigkeit und Volumen. Dies ist in Unterschallflugzeugen wie Passagierjets leicht zu erreichen, die keine Hochgeschwindigkeits-Manöver mit hohem G ausführen, die zu einer turbulenten Luftströmung führen. Die Einlässe bei Unterschallflugzeugen sind einfach und kürzer: eine Öffnung, die den Luftwiderstand minimiert.

Bei Überschall-Militärjets sind die Einlässe normalerweise viel komplexer und verwenden Stoßwellen, um die Luft zu verlangsamen, und bewegliche interne Leitschaufeln, um die Strömung zu formen und zu steuern. Überschallfluggeschwindigkeiten bilden Stoßwellen im Ansaugsystem und reduzieren den wiedergewonnenen Druck am Kompressor, daher verwenden einige Überschalleinlässe Vorrichtungen wie einen Kegel oder eine Rampe, um die Druckrückgewinnung durch effizientere Nutzung von Stoßwellen zu erhöhen. Die Komplexität dieser Einlässe nimmt mit steigender Höchstgeschwindigkeit zu. Geschwindigkeiten über Mach 2 erfordern ein viel aufwendigeres Einlassdesign. Dies begrenzt die meisten modernen Kampfflugzeuge auf Höchstgeschwindigkeiten von Mach 1,8-2,0.

Umstellerlose Einlässe

Der DSI-Bump fungiert als Kompressionsfläche und erzeugt eine Druckverteilung, die verhindert, dass der Großteil der Grenzschichtluft bei Geschwindigkeiten bis zu Mach 2 in den Einlass eindringt. Im Wesentlichen verzichtet der DSI auf komplexe und schwere mechanische Systeme.

Geschichte

Anfängliche Forschungen zum DSI wurden in den 1950er Jahren von Antonio Ferri durchgeführt und in den frühen 1990er Jahren von Lockheed Martin mit Hilfe von Computational Fluid Dynamics weiterentwickelt und optimiert . Die erste Lockheed DSI wurde am 11. Dezember 1996 im Rahmen eines Technologie-Demonstrationsprojekts geflogen. Es wurde auf einem F-16 Block 30- Jäger installiert und ersetzte die ursprüngliche Ansaugweiche des Flugzeugs. Die modifizierte F-16 zeigte eine Höchstgeschwindigkeit von Mach 2,0 (Mach 2,0 ist die sauber zertifizierte Höchstgeschwindigkeit der F-16) und Fahreigenschaften ähnlich denen einer normalen F-16. Es zeigte sich auch, dass die unterschallspezifische Überschussleistung leicht verbessert wurde.

Das DSI-Konzept wurde Mitte 1994 als Fachstudiengang in das JAST/JSF-Programm eingeführt. Es wurde mit einem traditionellen Inlet im "Caret"-Stil verglichen. Die Handelsstudien umfassten zusätzliche CFD-, Test-, Gewichts- und Kostenanalysen. Ein DSI wurde später in das Design der Lockheed Martin F-35 Lightning II integriert, nachdem sie sich als 30 % leichter erwiesen hatte und niedrigere Produktions- und Wartungskosten gegenüber herkömmlichen Einlässen aufwies, während sie dennoch alle Leistungsanforderungen erfüllte.

Leistungen

Gewichts- und Komplexitätsreduktion

Herkömmliche Flugzeugeinlässe enthalten viele schwere bewegliche Teile. Im Vergleich dazu eliminiert DSI alle beweglichen Teile, was es weit weniger komplex und zuverlässiger macht als frühere Umlenkplatteneinlässe. Durch das Entfernen beweglicher Teile wird auch das Gewicht des Flugzeugs reduziert.

Heimlichkeit

DSIs verbessern die sehr schwach beobachtbaren Eigenschaften des Flugzeugs, indem sie Radarreflexionen zwischen der Weiche und der Flugzeughaut eliminieren. Darüber hinaus verringert die "Bump"-Oberfläche die Radarbelastung des Triebwerks, wodurch eine starke Radarreflexionsquelle erheblich reduziert wird, da sie eine zusätzliche Abschirmung der Triebwerkslüfter gegen Radarwellen bietet.

Analysten haben festgestellt, dass der DSI die Notwendigkeit der Anwendung von Radar-absorbierenden Materialien reduziert, um den Frontradarquerschnitt des Flugzeugs zu reduzieren.

Liste der Flugzeuge mit DSI

Aktiv

Zukunft

Verweise

Externe Links