miniatura|Con d'entrada del MiG-21MF Els cons d'entrada (de vegades anomenats cons de xoc o cossos centrals d'entrada) són un component d'alguns avions i míssils supersònics. S'utilitzen principalment en estatorreactors, com el D-21 Tagboard i el Lockheed X-7. Alguns avions turboreactors, com ara el Su-7, el MiG-21, l'English Electric Lightning i l'SR-71, també utilitzen un con d'entrada. El con d'entrada per a entrades circulars/axisimètriques té el seu equivalent a la rampa d'entrada per a entrades bidimensionals/rectangulars.

Propòsit Un con d'entrada, com a part d'una entrada de tipus Oswatitsch utilitzada en un avió o míssil supersònic, és la superfície 3D sobre la qual té lloc la compressió supersònica de l'aire per a un motor de turbina de gas o una cambra de combustió estatorreactor a través d'ones de xoc obliques. Alentir l'aire a baixes velocitats supersòniques mitjançant xocs oblics generats per un con minimitza la pèrdua de pressió total (augmenta la recuperació de pressió). A més, el con, juntament amb el llavi de la capota d'entrada, determinen l'àrea que regula el flux que entra a l'entrada. Si el flux és superior al requerit pel motor, es pot produir inestabilitat de la posició de l'amortidor (brunzit). Si és inferior al requerit, la recuperació de pressió és menor, cosa que redueix l'empenta del motor.

Una entrada amb con es pot utilitzar per subministrar aire a alta pressió per a equips de ramjet que normalment serien accionats per eix en un motor de turbina, per exemple, per impulsar turbobombes per a la bomba de combustible del ramjet Bristol Thor i energia hidràulica al míssil Bristol Bloodhound.

Forma L'angle del con es tria de manera que, en la condició de disseny per a l'entrada (Mach 1,7 per a l'entrada de l'English Electric Lightning), l'ona de xoc que es forma al seu vèrtex coincideixi amb el llavi del capó. L'entrada deixa passar el seu flux d'aire màxim i aconsegueix la seva recuperació màxima de pressió. Una velocitat de disseny més alta pot requerir dos xocs oblics enfocats al llavi per mantenir una recuperació de pressió acceptable i deixar passar el flux d'aire màxim. En aquest cas, es requereix un con bicònic amb dos angles (el ramjet Bristol Thor té 24 i 31 graus per a una velocitat de disseny de Mach 2,5). Per a velocitats més altes, es pot utilitzar una transició més suau entre els angles del con en el que es coneix com a espiga isentròpica (ramjet Marquardt RJ43).

El cos cònic pot ser un cos central de con complet en una entrada rodona (MiG-21), un mig con en una entrada lateral del fuselatge (Lockheed F-104 Starfighter) o un quart de con en una entrada lateral del fuselatge/subjacent a l'ala (General Dynamics F-111 Aardvark).

La part posterior del con més enllà del seu diàmetre màxim, orientada cap enrere i no visible dins del conducte, té una forma similar a la de la part frontal que sobresurt. El con visible és un difusor supersònic amb un requisit de baixa pèrdua de pressió total, i la part posterior, aerodinàmica, juntament amb el perfil de la superfície interna del conducte, forma el difusor subsònic, també amb un requisit de baixa pèrdua de pressió total a mesura que l'aire disminueix fins al nombre de Mach d'entrada del compressor.

Per a nombres de Mach inferiors a 2,2, tota la compressió de xoc es fa externament. Per a nombres de Mach més alts, part de la difusió supersònica ha de tenir lloc dins del conducte, coneguda com a compressió externa/interna o mixta. En aquest cas, la part posterior de la superfície cònica orientada cap endavant, juntament amb el perfil de la superfície interna del conducte, continua la difusió supersònica amb xocs oblics reflectits fins al xoc normal final. En el cas del Lockheed SR-71 Blackbird, amb part de la compressió supersònica que té lloc dins del conducte, les superfícies de la punta i del capó intern es van corbar per a una compressió isentròpica gradual."Supersonic Inlet For Jet Engines' David H.Campbell, Lockheed Aircraft Corporation, United States Patent Office 3,477,455 El con d'entrada també té diferents posicions axials per controlar com varia l'àrea de captura amb l'àrea de la gola interna del conducte. Per a un millor funcionament d'admissió, aquesta relació d'àrea requerida augmenta a mesura que augmenta el nombre de Mach de vol, d'aquí el gran moviment del con d'entrada al SR-71, que havia de funcionar bé des de baixes velocitats fins a Mach 3,2. Al SR-71, el con es mou cap enrere a velocitats més altes.

Operació A velocitats de vol subsòniques, l'entrada cònica funciona de manera molt similar a una presa de Pitot o un difusor subsònic. Tanmateix, a mesura que el vehicle es torna supersònic, apareix una ona de xoc cònica que emana de l'àpex del con. L'àrea de flux a través de l'ona de xoc disminueix i l'aire es comprimeix. A mesura que augmenta el nombre de Mach del vol, l'ona de xoc cònica es torna més obliqua i finalment incideix sobre el llavi d'admissió.

Per a velocitats de vol més altes, cal un con mòbil per permetre que la compressió supersònica es produeixi de manera més eficient en un rang de velocitats més ampli. Amb l'augment de la velocitat de vol, en una entrada de con mòbil supersònic típica de tipus Oswatitsch, el con es mou cap endavant (MiG-21), i si no és una entrada de con de tipus Oswatitsch (SR-71) es mou cap enrere o cap a l'admissió. En ambdós casos, a causa de la forma de la superfície del con i la superfície interna del conducte, l'àrea de flux intern disminueix segons calgui per continuar comprimint l'aire supersònicament. La compressió que es produeix en aquesta trajectòria s'anomena "compressió interna" (a diferència de la "compressió externa" al con). A l'àrea de flux mínim, o gola, es produeix un xoc normal o pla. L'àrea de flux augmenta llavors per a la compressió subsònica, o difusió, fins a la cara del motor.

La posició del con dins de l'admissió normalment es controla automàticament per mantenir l'ona de xoc plana correctament situada just aigües avall de la gola. Determinades circumstàncies, com ara una sobrecàrrega del motor, poden fer que l'ona de xoc sigui expulsada de l'admissió. Això es coneix com a no arrencada.

Formes alternatives Algunes entrades d'aire presenten un cos central bicònic (MiG-21) per formar dues ones de xoc còniques, ambdues enfocades a la vora de l'entrada. Això millora la recuperació de la pressió. Alguns avions (BAC TSR-2, F-104, Mirage III) utilitzen un cos central semicònic. L'F-111 té un quart de con, que es mou axialment, seguit d'una secció de con en expansió. Com que aquestes entrades tendeixen a estar posicionades darrere del fuselatge davanter, estan espaiades (és a dir, muntades en una placa divisora) per evitar la capa límit turbulenta del cos davanter per mitigar la distorsió del flux.

Altres avions supersònics com el Concorde, el Tu-144, l'F-15 Eagle, el MiG-25 Foxbat i l'A-5 Vigilante utilitzen les anomenades entrades 2D, on la góndola és rectangular i una rampa d'admissió plana substitueix els cons duals. La rampa s'ajusta de manera similar en vol per garantir que els amortidors oblics estiguin correctament posicionats per a una recuperació de pressió eficient; aquests dissenys també poden tenir una compressió supersònica totalment externa o mixta externa/interna, amb el XB-70 Valkyrie com a exemple d'aquest últim.

Alguns altres avions supersònics (l'Eurofighter Typhoon) utilitzen un llavi inferior de la capota variable per a un funcionament amb angle d'atac elevat i un sistema de purga (paret porosa) incorporat a la rampa d'admissió per facilitar l'estabilització del sistema de xoc a nombres de Mach supersònics. Per millorar el flux d'admissió (distorsió reduïda), l'aire s'aboca a través d'una ranura de purga d'admissió al costat de la rampa aigües avall de l'admissió. La rampa, que està separada del fuselatge per un desviador, produeix un xoc oblic per desaccelerar el flux. La vora davantera de la placa divisora que separa les dues admissions es troba aigües avall d'aquest xoc oblic.

Molts avions supersònics (F-16 Fighting Falcon, F/A-18 Hornet) prescindeixen del cos central cònic o de rampes variables complexes i utilitzen una simple presa d'aire de Pitot de geometria fixa, que és estructuralment més lleugera i més resistent; un amortidor normal fort i separat apareix directament davant de l'entrada a velocitats de vol supersòniques, cosa que comporta una recuperació de la pressió més deficient, especialment a nombres de Mach més alts. Això es considerava un compromís acceptable per a avions que operen principalment a velocitats subsòniques i transòniques amb només sprints supersònics transitoris.

En els avions més nous, els avenços en aerodinàmica han permès que els dissenys d'entrada de geometria fixa coincideixin amb el rendiment dels cons o rampes d'entrada variables mitjançant una modelació acurada de la geometria d'entrada i l'ús de la pressió aigües avall per controlar la posició del xoc. Alguns exemples inclouen les rampes i els capons d'entrada amb circumflex escombrat (F-22 Raptor, F/A-18 Super Hornet), que tenen un parell de rampes obliques fixes i un sistema de purga aigües avall per controlar i evitar xocs. Una altra és l'entrada supersònica sense desviador (F-35 Lightning II), que té un bony de compressió tridimensional (no axisimètric) que actua de manera similar com un mig con fix per evitar xocs alhora que desvia la capa límit del cos davanter.

La NASA ha provat una alternativa a l'entrada de compressió externa/interna, o mixta, necessària per a velocitats superiors a Mach 2,2 (per sota d'aquesta velocitat s'utilitzen entrades amb compressió totalment externa). L'entrada de compressió mixta és susceptible a desarrancar-se o a l'expulsió del xoc intern davant de l'entrada. L'entrada de la NASA, que anomenen entrada paramètrica, fa tota la compressió supersònica externament, de manera que no hi ha cap xoc dins del conducte en una ubicació potencialment inestable.

Diferents tipus de con d'entrada

Referències

Categoria:Aerodinàmica