ES2902526T3 - Motor de vehículo de vuelo con entrada de aletas - Google Patents

Abstract

Un vehículo de vuelo (10) que comprende: un fuselaje (14); y un motor (12) acoplado mecánicamente al fuselaje; en donde el motor incluye: una entrada de aire (20, 120, 220, 320); un aislador (22) aguas abajo de la entrada de aire; y una cámara de combustión (24) aguas abajo del aislador; en donde la entrada de aire comprime el flujo de aire entrante a través de un canal de flujo (34) definido por la entrada de aire, hasta una garganta (26, 140) de área de sección transversal mínima; en donde la entrada de aire incluye una aleta (32, 132, 232, 233, 332) que sobresale en el canal de flujo, con al menos parte de la aleta aguas arriba de la garganta; en donde la aleta tiene una espina (47) donde la aleta tiene su máxima protuberancia en el canal de flujo (34); en donde la aleta sobresale de una pared interior (42) de la entrada de aire (20, 120, 220, 320), suavemente, sin cambios bruscos o discontinuidades en la pendiente de la aleta, opcionalmente excepto en la espina (47) a lo largo de la longitud de la aleta; y en donde la aleta tiene paredes curvas (48, 50) a cada lado de la espina.

Description

DESCRIPCIÓN

Motor de vehículo de vuelo con entrada de aletas

Campo de la invención

La invención pertenece al campo de los motores para vehículos de vuelo tal como aviones o misiles.

Descripción de la técnica relacionada

Los motores de oxígeno atmosférico de alta velocidad, tal como los estatorreactores y los estatorreactores de combustión supersónica, incluyen entradas que capturan y comprimen el aire a usar en la combustión. El aire que pasa a través de la entrada se dirige luego aguas abajo a un aislador, y desde allí a una cámara de combustión. Ha existido una necesidad general de gestionar el flujo dentro de la entrada, particularmente la capa límite que se forma a lo largo de las paredes de la entrada. El manejo de una capa límite gruesa de una superficie de compresión de entrada de alta velocidad generalmente implica una gran cantidad de eliminación del flujo másico a través de un desviador de la capa límite, sangrado de la capa límite o la colocación de una protuberancia o protuberancias en el flujo delante de la entrada. Estos sistemas a menudo son complejos y ocupan una cantidad significativa de volumen interno y pueden producir una penalización sustancial en el rendimiento.

El documento US 2006/107648 A1 describe que un conducto de entrada de aire para motores de aeronaves de ciclo combinado de oxígeno atmosférico está dividido internamente en canales separados para componentes del motor de baja velocidad y alta velocidad, y contiene uno o más paneles móviles que están completamente contenidos dentro del conducto y pivotante entre una posición abierta en la que el aire entrante se dirige a ambos canales y una posición cerrada en la que todo el aire entrante se dirige al canal que conduce al motor de alta velocidad. Este conducto integrado utiliza todo el aire entrante en todas las etapas del vuelo sin cambios ni en la geometría de la porción de captura de aire del motor ni en el propio motor, y sin exposición de los bordes de ataque móviles. El resultado es un mínimo de ondas de choque y un alto grado de eficiencia en el funcionamiento del motor.

El documento US 5082206 A describe una entrada hipersónica y un motor hipersónico y un vehículo de vuelo que tiene tal entrada. La entrada de barrido tridimensional tiene un miembro superior con una porción de superficie inferior en forma de sombrero que produce un flujo en cuña bidimensional por debajo de dicha porción de superficie inferior. La entrada también tiene un miembro inferior que tiene dos porciones de superficie superior invertida y transpuesta en forma de semi-sombrero que producen un flujo en cuña bidimensional por encima de dichas porciones de superficie superior. Una parte posterior de la entrada conecta entre sí los miembros superior e inferior y tiene un orificio que define el reductor de admisión del motor que recibe al menos parcialmente los flujos bidimensionales.

El documento US 2012/049008 A1 describe un microarado ahusado, o una serie de microarados ahusados, sumergidos en una capa límite justo aguas arriba del punto de reflexión de un choque oblicuo. Cada microarado desarrolla un par de vórtices beneficiosos que redistribuyen el flujo de alta energía dentro de la capa límite, de modo que se evita o retrasa la separación del flujo. Los pares de vórtices beneficiosos giran alrededor de un eje que es paralelo al flujo de fluido, y juntos giran de manera que inducen una velocidad entre sí que tiende a mantenerlos cerca de la superficie y retrasar el despegue del vórtice.

El documento EP 1898080 A2 describe un sistema de inyección en rampa de múltiples alturas, para su uso en un sistema de propulsión supersónico, que comprende una pluralidad de inyectores en rampa de múltiples alturas para introducir de forma variable un combustible en un flujo de aire en una cámara de combustión. En una modalidad, los inyectores en rampa de múltiples alturas comprenden una pluralidad de inyectores altos para alimentar una parte interior del flujo de aire, y una pluralidad de inyectores cortos para alimentar una parte exterior del flujo de aire. Resumen de la invención

La entrada del motor de un vehículo de vuelo incluye una o más aletas que desplazan o rompen la capa límite en la entrada. Esto evita la necesidad de otras intervenciones, tales como una gran cantidad de eliminación de masa a través de un sistema de purga o sistemas secundarios complejos y voluminosos. Este enfoque da como resultado un flujo de mayor calidad (es decir, menos distorsionado) en la entrada de la cámara de combustión, mejor operabilidad, más flujo másico capturado, menos peso del sistema y mayor alcance y empuje neto.

Según un aspecto, la presente descripción proporciona un vehículo de vuelo según la reivindicación 1.

Según una modalidad de cualquier párrafo(s) de este resumen, toda la aleta está aguas arriba de la garganta.

De acuerdo con una modalidad de cualquier párrafo(s) de este resumen, la aleta se extiende hacia la garganta.

De acuerdo con una modalidad de cualquier párrafo(s) de este resumen, solo hay una aleta en la entrada.

De acuerdo con una modalidad de cualquier párrafo(s) de este resumen, hay múltiples aletas en la entrada.

De acuerdo con una modalidad de cualquier párrafo(s) de este resumen, las aletas múltiples incluyen un par de aletas una al lado de la otra en una porción de pared interior.

De acuerdo con una modalidad de cualquier párrafo(s) de este resumen, no hay más de tres aletas en la entrada.

De acuerdo con una modalidad de cualquier párrafo(s) de este resumen, la aleta crea vórtices que provocan que el flujo local se mezcle alrededor y detrás de la aleta.

De acuerdo con una modalidad de cualquier párrafo(s) de este resumen, la mezcla de flujo local provoca una mezcla entre el flujo de la capa límite a lo largo de una pared interior de la entrada y el flujo fuera del límite, más lejos de la pared interior.

De acuerdo con una modalidad de cualquier párrafo(s) de este resumen, la entrada es rectangular o hiperelíptica en sección transversal.

De acuerdo con una modalidad de cualquier párrafo(s) de este resumen, la aleta está localizada en una cara de una pared interior de la entrada que está entre otras dos paredes interiores de la entrada.

De acuerdo con una modalidad de cualquier párrafo(s) de este resumen, la aleta tiene una forma de sección transversal triangular, en una dirección perpendicular a una dirección de flujo a través de la entrada.

De acuerdo con una modalidad de cualquier párrafo(s) de este resumen, la altura de la aleta varía a lo largo de la longitud de la aleta.

De acuerdo con una modalidad de cualquier párrafo(s) de este resumen, la altura varía más lentamente en una parte aguas arriba de la aleta que está aguas arriba de una altura máxima, que en una parte aguas abajo de la aleta que está aguas abajo de la altura máxima.

De acuerdo con una modalidad de cualquier párrafo(s) de este resumen, el motor es un motor supersónico.

Para lograr los fines anteriores y relacionados, la invención comprende las características que se describen a continuación en su totalidad y se señalan particularmente en las reivindicaciones. La siguiente descripción y los dibujos adjuntos exponen en detalle determinadas modalidades ilustrativas de la invención. Sin embargo, estas modalidades son indicativas de algunas de las diversas formas en las que pueden emplearse los principios de la invención. Otros objetos, ventajas y características novedosas de la invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la invención cuando se considere junto con los dibujos.

breve descripción de los dibujos

Los dibujos adjuntos, los cuales no están necesariamente a escala, muestran varios aspectos de la invención.

La Figura 1 es un diagrama esquemático de un vehículo de vuelo de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La Figura 2 es un diagrama que muestra los componentes de un motor del vehículo de vuelo de la Figura 1.

La Figura 3 es una vista oblicua de parte de la entrada del motor de la Figura 2.

La Figura 4 es otra vista oblicua de parte de la entrada del motor de la Figura 2.

La Figura 5 es una vista en sección transversal que muestra un patrón de flujo en una entrada sin una aleta.

La Figura 6 es una vista en sección transversal que muestra un patrón de flujo en una entrada con una aleta, como en la Figura 3, que ilustra la mezcla de flujo mejorada.

La Figura 7 es una vista lateral que ilustra patrones de flujo alrededor y aguas abajo en la entrada de la Figura 3.

La Figura 8 es una vista oblicua de una entrada de modalidad alternativa de la invención.

La Figura 9 es una vista oblicua de otra entrada de modalidad alternativa de la invención.

La Figura 10 es una vista oblicua de aún otro ejemplo alternativo, que no forma parte de la invención reivindicada, pero que se presenta únicamente con fines ilustrativos.

La Figura 11 es un gráfico que muestra la altura de la aleta frente a la distancia a lo largo de una placa de flujo para una condición de flujo de ejemplo.

Descripción detallada

Una entrada de aire para el motor de un vehículo de vuelo incluye al menos una aleta, al menos parcialmente aguas arriba de una garganta del motor. La aleta sobresale en un canal de flujo, que se extiende más allá de una capa límite hacia la corriente de aire principal en la entrada. La aleta provoca la mezcla en el flujo, mezclando el flujo de alto impulso en áreas del canal de flujo con flujo de bajo impulso. La aleta puede tener un ancho y/o una altura que varíe a lo largo de su longitud en la dirección del flujo, lo que puede permitirle dar forma al flujo a su alrededor de formas predecibles, sin dar como resultado un arrastre excesivo.

La Figura 1 muestra esquemáticamente un vehículo aéreo 10 que está propulsado por un motor 12 que está acoplado mecánicamente a un fuselaje 14. El vehículo aéreo 10 puede ser un misil, un avión no tripulado (un vehículo aéreo no tripulado o UAV) o un avión tripulado. El vehículo aéreo 10 puede tener una variedad de tamaños y una variedad de condiciones operativas. En gran parte de la descripción siguiente, el vehículo aéreo 10 se describe en términos de un vehículo aéreo hipersónico, refiriéndose hipersónico a la operación que tiene un número de Mach de al menos cuatro. Sin embargo, el vehículo aéreo 10 puede funcionar a velocidades supersónicas más bajas (número de Mach mayor que uno), o incluso a velocidades subsónicas.

El motor 12 se puede acoplar al fuselaje 14 de cualquiera de una variedad formas, incluyendo las partes del motor 12 que se forman integralmente con las partes del fuselaje 14. El fuselaje 14 puede tener cualquiera de una variedad de formas adecuadas y puede incluir componentes adicionales para llevar a cabo una o más operaciones del vehículo aéreo 10. Tales componentes adicionales, para dar algunos ejemplos no limitantes, pueden incluir sistemas de control (como para la dirección), superficies de control y/o que producen sustentación (como alas, aletas o aletas estabilizadoras de proa, ya sea fijas en su posición o móviles en su totalidad o en parte), sistemas de comunicación, sensores u otros sistemas de recogida de datos y/o cualquiera de una variedad de cargas útiles.

Con referencia además a la Figura 2, el motor 12 incluye una entrada de aire 20, un aislador o difusor 22 y una cámara de combustión 24. La entrada de aire 20 toma aire de la corriente de aire libre y comprime el aire, pudiendo producirse uno o más choques a medida que se comprime el flujo. A continuación, el aire comprimido sale de la entrada de aire 20 para entrar en el aislador 22. Una garganta 26, en el límite entre la entrada de aire 20 y el aislador 22, puede ser una localización de área mínima dentro del motor 12. El aislador 22 funciona para mantener los choques estables y para proporcionar un flujo más uniforme en su extremo aguas abajo, donde el aire pasa desde el aislador 22 a la cámara de combustión 24. En la cámara de combustión 24 se añade combustible al flujo de aire y se produce la combustión, produciendo el empuje del motor 12, que se utiliza para impulsar el vehículo aéreo 10. Los productos de combustión se descargan desde un extremo aguas abajo de la cámara de combustión 24.

La entrada 20 puede tener una variedad de formas adecuadas, por ejemplo, redonda, elíptica o rectangular. El aislador 22 puede tener una forma general que haga la transición entre una forma rectangular o elíptica de la entrada 20 (por ejemplo) a una forma redonda para la cámara de combustión 24. Son posibles muchas variaciones para la forma general.

La cámara de combustión 24 puede ser cualquiera de una variedad de dispositivos adecuados para quemar una mezcla de aire y combustible y producir empuje. Por ejemplo, la cámara de combustión 24 (y/o el motor 12) puede ser un estatorreactor, un estatorreactor de combustión supersónica, una cámara de combustión de volumen constante o quizás una turbina de gas. En la Figura 2, la cámara de combustión 24 se muestra con una turbina, pero en muchas modalidades la cámara de combustión 24 no tiene turbina (u otras partes móviles), por ejemplo, es un estatorreactor o estatorreactor de combustión supersónica.

Volviendo ahora a las Figuras 3 y 4, la entrada 20 incluye una aleta 32 que sobresale hacia dentro en un canal de flujo 34 que está definido y rodeado por una pared interior 36 de la entrada 20. La aleta 32 produce una mezcla de flujo cuando el flujo se separa alrededor de la aleta 32 y luego se une de nuevo. La aleta 32 se eleva desde una porción 42 de la pared interior 36 que está entre y en ángulo con relación a otras porciones 44 y 46 de la pared interior 36. La aleta 32 puede considerarse parte de la porción de pared interior 42, una parte que sobresale hacia adentro en el canal de flujo de manera que sobresale más que las partes contiguas de la porción de pared interior 42 que están en lados opuestos de la aleta 32 en una dirección perpendicular tanto a la dirección del flujo a través del canal 34, como a la dirección en la que la aleta 32 sobresale hacia dentro d del canal de flujo 34. Por ejemplo, en la modalidad ilustrada, la aleta 32 es más alta que las porciones contiguas de la porción de pared interior 42 a cada lado de la misma, formando una cresta que sobresale hacia dentro del canal de flujo 34. Para proporcionar otro ejemplo, en una entrada circular una aleta sobresaldría hacia dentro en una dirección radial, sobresaliendo con relación a las porciones contiguas a cada lado de forma circunferencial.

La aleta 32 sobresale de la porción de pared interior 42 suavemente, sin cambios abruptos o discontinuidades en la pendiente de la aleta 32, excepto quizás en una espina 47 a lo largo de la longitud de la aleta 32. La espina 47 es donde la aleta 32 tiene su máxima protuberancia en el canal de flujo 34, y la espina 47 puede tener un borde afilado que implica un cambio brusco o una discontinuidad en la pendiente.

La aleta 32 tiene paredes curvas 48 y 50 a cada lado de la espina 47. Las paredes 48 y 50 pueden ser más empinadas cerca de la espina 47 y aplanarse (reducir en pendiente) alejándose de la espina 47.

La aleta 32 puede tener una altura (medida en que la aleta 32 sobresale hacia el canal de flujo 34) que varía a lo largo de la aleta 32, la longitud de la aleta 32 está en la dirección del flujo a través del canal de flujo 34 (la dirección longitudinal). El ancho de la aleta 32 también puede variar a lo largo de la extensión longitudinal de la aleta 32.

La altura máxima de la aleta 32 (un pico 52) puede producirse en la mitad aguas abajo de la aleta 32, la mitad de la aleta 32 que está más abajo en la dirección longitudinal. El ancho máximo de la aleta 32 también puede producirse en la mitad aguas abajo de la aleta 32. Por lo tanto, la aleta 32 crece desde un extremo aguas arriba 54 (aguas arriba del pico 52), aumentando relativamente de manera lenta (con una pendiente relativamente pequeña) en su altura y ancho hasta alcanzar su altura y ancho máximas. Entonces la ancho y la altura se reducen relativamente rápido (con una pendiente relativamente grande, mayor que la del extremo aguas arriba 54) en un extremo aguas abajo 56, aguas abajo de la localización longitudinal de altura y ancho máximas (el pico 52). Estas pendientes aguas arriba y aguas abajo pueden ser constantes o casi constantes, o pueden variar con la localización longitudinal. El ancho y la altura se describen anteriormente como cantidades únicas, pero se apreciará que una forma de sección transversal triangular que transita suavemente a una porción de pared plana no necesariamente tiene un ancho único, y el ancho puede entenderse como cualquier ancho adecuado, por ejemplo, el ancho de la aleta 32 a la mitad de su altura, para cualquier localización longitudinal dada.

La aleta 32 puede tener una altura máxima que sea mayor que un grosor de capa límite esperado del flujo, que sea al menos dos veces el grosor de capa límite, o que sea 2-3 veces el grosor límite. Esto significa que la aleta 32 sobresale en un núcleo del flujo, fuera de la capa límite. Se apreciará que la aleta 32 puede tener otras alturas en relación con el grosor de la capa límite.

La aleta 32 puede estar alineada con el flujo a través del canal de flujo 34, por ejemplo, de modo que la extensión longitudinal (longitud) de la aleta 32 esté alineada con la dirección del flujo. Tal alineación puede hacer que el flujo se desvíe alrededor de la aleta 32 simétricamente, lo mismo en un lado de la aleta 32 que en el lado opuesto de la aleta 32, por ejemplo. Alinear la aleta 32 con la dirección del flujo reduce la cantidad de resistencia engendrada por la presencia de la aleta 32 y puede mejorar la uniformidad y la previsibilidad del efecto de la aleta sobre el flujo dentro de la entrada 20. Alternativamente, la aleta 32 puede tener una alineación diferente dentro de la entrada 20. Las Figuras 5-7 ilustran cómo la presencia de la aleta 32 (Figura 3) puede afectar el flujo dentro del canal de flujo. Las figuras muestran la velocidad de flujo (número de Mach) en las secciones transversales de la entrada 20 en la misma localización longitudinal (aguas abajo de la aleta 32) sin (Figura 5) y con (Figura 6) la aleta 32 en su lugar. Sin la aleta 32 en su lugar, el flujo mostrado en la Figura 5 muestra una región de bajo flujo 70 en la parte superior de la entrada 20, a lo largo de una línea central de simetría 72 de la entrada 20. Una forma de abordar este problema en el pasado es eliminar localmente la masa en esta región de bajo flujo para atraer el flujo de mayor impulso hacia la región de bajo impulso, pero tal enfoque reduce la eficiencia (desperdiciando parte del flujo másico de aire en la entrada 20) y puede aumentar la resistencia.

La Figura 6 muestra lo que sucede con el flujo cuando la aleta 32 (Figura 3) se coloca a lo largo de la línea de simetría 72. La aleta 32 hace que la capa límite en la cercanía de la aleta 32 y la parte superior de la entrada 20 cerca de la línea de simetría 72 ruede en un vórtice 74 que se separa de la porción de pared superior 42 y migra hacia el flujo central (el flujo fuera de la región de la capa límite cerca de la porción de pared superior 42). La mezcla resultante de la presencia de la aleta 32 y este vórtice 74 reduce en gran medida el tamaño de la región de bajo impulso a lo largo de la porción de pared superior 42 (es decir, del lado del cuerpo) cerca de la línea (plano) de simetría 72.

La Figura 7 ilustra patrones de flujo en parte de la entrada 20. La aleta 32 puede hacer que la capa límite aguas arriba se enrolle y forme un par de vórtices. El aumento de presión aguas abajo de la aleta 32 empuja los vórtices, tales como el vórtice 74, lejos de la porción de pared 42 y hacia el núcleo del flujo. Por lo tanto, la capa límite puede agregarse y luego separarse de la superficie de la pared como un par de vórtices contrarrotantes. Esto puede producirse como parte de una interacción entre un choque de la cubierta del motor y un vórtice aguas abajo de la aleta 32.

El uso de la aleta 32 permite adaptar la mezcla de flujo, con el tamaño (altura, ancho y/o largo, así como otros parámetros geométricos) de la aleta 32 en relación con la cantidad de mezcla de flujo que se produce, y la reducción resultante en las regiones de bajo impulso del canal de flujo. Evitar el uso de un desviador o sangrado de la capa límite puede tener una o más ventajas, tales como menor resistencia, mayor captura de masa, menor peso para el motor, potencial para un mayor volumen de combustible, fabricación simplificada del motor y/o mejora de otras características del motor. Además, el motor 12 (Figura 2) puede tener una operabilidad mejorada, por ejemplo, puede funcionar en una gama más amplia de condiciones. El motor 12 también puede tener una separación de la capa límite más uniforme con el tren de choque en el aislador 22 (Figura 2), como resultado de la presencia de la aleta 32. La circulación del flujo en el núcleo del canal de flujo 34 (fuera de la capa límite), tal como la causada por el vórtice 74, puede promover la mezcla de combustible, lo que puede ayudar en el rendimiento de la cámara de combustión 24 (Figura 2), tal como en un estatorreactor o cámara de combustión del estatorreactor de combustión supersónica.

Puede usarse algo de sangrado de flujo además de la aleta 32 (o una aleta o aletas de otra configuración/orientación). Por ejemplo, se puede purgar algo de flujo desde una o más esquinas, tales como las esquinas 78 (Figura 7), para mitigar el crecimiento de la capa límite de las esquinas y promover el arranque automático de la entrada.

Son posibles muchas variaciones en la configuración y/o colocación de la aleta (o múltiples aletas). Se puede colocar una aleta para hacer que la mezcla de flujo dé impulso en una región de impulso bajo, como en la parte superior de la entrada (como en la modalidad ilustrada). Se pueden usar otras configuraciones para abordar otras regiones de bajo impulso, por ejemplo, creando vórtices de flujo que dan impulso en las esquinas de una entrada. Puede haber múltiples aletas, por ejemplo hasta tres aletas, en diferentes partes de la entrada, para lograr diferentes efectos. Algunas variaciones específicas se muestran en figuras adicionales y se describen a continuación, y varias características de las diversas modalidades y variantes descritas en la presente descripción pueden combinarse cuando sea apropiado para producir muchas de las ventajas descritas en otra parte de esta solicitud.

Como otra alternativa, puede haber más de tres aletas, para lograr una variedad de efectos sobre el flujo. Por ejemplo, puede haber seis aletas, una en cada esquina de la entrada, y un par de aletas adicionales en una pared lateral interior, entre un par de las esquinas adyacentes. Son posibles muchas otras configuraciones.

La Figura 8 muestra una entrada 120 que tiene una aleta 132 que se extiende hasta un extremo o garganta aguas abajo 140 de la entrada 120. La reducción de la altura de la capa límite en la región de máxima presión dentro de la entrada reduce la probabilidad de separación del flujo. Si la región de presión máxima está dentro de la región de la garganta, como es usual, una extensión de la aleta hacia popa en la garganta puede ser beneficiosa al ayudar a reducir la probabilidad de separación del flujo.

La Figura 9 muestra una entrada 220 que tiene un par de aletas 232 y 233 que están en la misma superficie interior de la pared 236. Las aletas 232 y 233 proporcionan muchas de las mismas ventajas de la aleta 32 (Figura 3), mientras que además proporcionan más mezcla de flujo dirigida hacia las esquinas superiores de la entrada 220. Más de una aleta puede ser beneficiosa en las entradas anchas y de mayor relación de aspecto, donde la influencia de una sola aleta sería inadecuada para manejar la extensión completa de lado a lado de la capa límite.

Como variante de la entrada 220 (Figura 9), una entrada podría tener múltiples aletas, con las aletas en diferentes paredes de una entrada rectangular. Si bien las aletas mostradas se mezclan suavemente con las paredes de entrada, esto no es necesario y, alternativamente, la aleta o aletas pueden sobresalir de una pared o paredes con una discontinuidad en la pendiente o un cambio repentino en la pendiente.

La Figura 10 muestra otro ejemplo, que no forma parte de la invención reivindicada pero que se presenta únicamente con fines ilustrativos, que tiene una entrada 320 que tiene una aleta móvil 332. La aleta 332 puede moverse para reconfigurarla dentro de la entrada 320, para proporcionar diferentes efectos y/o adaptarse a diferentes situaciones (número de Mach, ángulo de ataque, altitud, etc.). La aleta 332 puede girarse y/o trasladarse con relación al resto de la entrada 320. Por ejemplo, la aleta 332 puede girarse con respecto a la dirección general a través de la entrada, y/o mover la aleta 332 dentro o fuera del canal de flujo definido por la entrada 320.

La Figura 11 es un gráfico que muestra la altura de la aleta frente a la distancia a lo largo de una placa de flujo para una condición de flujo de ejemplo, con la aleta dimensionada para proporcionar una altura mayor que el grosor de la capa límite en la localización en cuestión. Es ventajoso que la altura de la aleta sea mayor que la altura de la capa límite en la localización de la aleta para que sea eficaz. La altura de la capa límite es una función de la velocidad del fuselaje, la altitud a la que operará el fuselaje, la distancia entre donde comienza la capa límite y la localización de la aleta, la cantidad de compresión que se produce dentro de la entrada y si la capa límite local es laminar o turbulenta. Normalmente, la altura de la capa límite se determinaría mediante el uso de dinámica de fluidos computacional para predecir el estado de la capa límite en la localización de la aleta. Sin embargo, para obtener una estimación aproximada de la altura mínima de la aleta, se pueden utilizar correlaciones de capa límite simples. Una correlación simple y turbulenta de la capa límite para la capa límite es la siguiente:

donde la altura de la capa límite (5) es una función de la distancia entre donde comienza la capa límite y la localización de la aleta (x) y el número de Reynolds de la corriente libre Rex. El número de Reynolds se calcula a partir de:

pVx

Rex ₍ 2 ₎

El número de Reynolds Rex es una función de la densidad de la corriente libre (p), la velocidad de la corriente libre (V) y la viscosidad de la corriente libre (p). Los valores de p, V y p se conocen si el diseñador selecciona el número de Mach de diseño y la altitud en la que operará la estructura del avión. Las relaciones anteriores se utilizaron para calcular un ejemplo de altura mínima de aleta, asumiendo condiciones de Mach 3, una presión dinámica de 1000 psf y la atmósfera estándar 1976. Los valores mostrados en la Figura 11 no son aplicables en general, y deben tomarse solo como una indicación cualitativa de cómo se determinaría la altura de la aleta para extenderse más allá del grosor de la capa límite.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un vehículo de vuelo (10) que comprende:

un fuselaje (14); y

un motor (12) acoplado mecánicamente al fuselaje;

en donde el motor incluye:

una entrada de aire (20, 120, 220, 320);

un aislador (22) aguas abajo de la entrada de aire; y

una cámara de combustión (24) aguas abajo del aislador;

en donde la entrada de aire comprime el flujo de aire entrante a través de un canal de flujo (34) definido por la entrada de aire, hasta una garganta (26, 140) de área de sección transversal mínima;

en donde la entrada de aire incluye una aleta (32, 132, 232, 233, 332) que sobresale en el canal de flujo, con al menos parte de la aleta aguas arriba de la garganta;

en donde la aleta tiene una espina (47) donde la aleta tiene su máxima protuberancia en el canal de flujo (34); en donde la aleta sobresale de una pared interior (42) de la entrada de aire (20, 120, 220, 320), suavemente, sin cambios bruscos o discontinuidades en la pendiente de la aleta, opcionalmente excepto en la espina (47) a lo largo de la longitud de la aleta; y

en donde la aleta tiene paredes curvas (48, 50) a cada lado de la espina.

2. El vehículo de vuelo de la reivindicación 1, en donde toda la aleta está aguas arriba de la garganta.

3. El vehículo de vuelo de la reivindicación 1, o cualquier reivindicación anterior, en donde la aleta se extiende hasta la garganta.

4. El vehículo de vuelo de la reivindicación 1 o cualquier reivindicación anterior, en donde sólo hay una única aleta (32, 132, 332) en la entrada.

5. El vehículo de vuelo de la reivindicación 1, o cualquier reivindicación anterior, en donde hay múltiples aletas (232, 233) en la entrada.

6. El vehículo de vuelo de la reivindicación 5, o cualquier reivindicación anterior, en donde las múltiples aletas incluyen un par de aletas (232, 233) una al lado de la otra en una porción de pared interior.

7. El vehículo de vuelo de la reivindicación 5, o cualquier reivindicación anterior, en donde no hay más de tres aletas en la entrada.

8. El vehículo de vuelo de la reivindicación 1, o cualquier reivindicación anterior, en donde la aleta crea vórtices que provocan una mezcla de flujo local alrededor de la aleta.

9. El vehículo de vuelo de la reivindicación 8, en donde la mezcla de flujo local provoca una mezcla entre el flujo de la capa límite a lo largo de la pared interior de la entrada y el flujo fuera de la capa límite, más lejos de la pared interior.

10. El vehículo de vuelo de la reivindicación 1, o cualquier reivindicación anterior, en donde la entrada es rectangular o superelíptica en sección transversal.

11. El vehículo de vuelo de la reivindicación 10, en donde la aleta está localizada en una cara de la pared interior de la entrada que está entre otras dos paredes interiores de la entrada.

12. El vehículo de vuelo de la reivindicación 1, o cualquier reivindicación anterior, en donde la aleta tiene una forma de sección transversal triangular, en una dirección perpendicular a una dirección de flujo a través de la entrada.

13. El vehículo de vuelo de la reivindicación 1, o cualquier reivindicación anterior, en donde la altura de la aleta varía a lo largo de la longitud de la aleta.

14. El vehículo de vuelo de la reivindicación 13, en donde la altura varía más lentamente en una parte aguas arriba de la aleta que está aguas arriba de una altura máxima, que en una parte aguas abajo de la aleta que está aguas abajo de la altura de pico.

15. El vehículo de vuelo de la reivindicación 1 o cualquier reivindicación anterior, en donde el motor es un motor supersónico.