JP2003534960A - 超音速外部圧縮ディフューザおよびその設計方法 - Google Patents
超音速外部圧縮ディフューザおよびその設計方法Info
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Abstract
Description
込推進システムにおいて吸気口として用いられるものなどの外部圧縮超音速ディ
フューザに関する。
ジェットまたはターボファンエンジンなどの空気吸込推進システムが用いられる
。航空機の推進に用いられる現行の商業的に入手可能なガスタービンエンジンは
、エンジンの上流面に典型的にはマッハ0.3から0.6のオーダの亜音速流が
存在する領域において働くよう事実上常に設計される。したがって、エンジンに
吸込ませるために、捕捉した超音速気流を亜音速に減速するための超音速ディフ
ューザまたは吸気口が必要である。この減速のプロセスは、気流の過剰な力学エ
ネルギが静圧増加に変換されるため、拡散または圧縮として技術的に公知である
。エンジン/吸気口システムの全体の推進効率を最大化するために、吸気口はそ
の拡散機能を効率的に行なう必要がある。拡散プロセスの効率は、吸気口の入口
側と排出側との間の気流においてどれぐらいの全圧が失われたかに関連する。吸
気口の全圧回復は、入口における全圧に対する排出における全圧の比によって定
められる。吸気口設計の主要な目的は全圧回復を最大化することである。吸気口
における外部抵抗もシステム全体の効率に影響するため、こうした抵抗を最小化
することも望ましい。加えて、吸気口設計プロセスのさらなる目的は、流れの安
定性を最大化することによって、ある種の超音速吸気口によって起こり得る激し
い流れの振動、主に不始動を避けることである。
る亜音速ディフューザを含む後部とを含む。ほとんどの超音速吸気口は矩形の流
領域を有する2次元または「2D」であるか、または円形の流領域を有する線対
称である。吸気口の喉は、流領域が最小になる超音速ディフューザと亜音速ディ
フューザとの間の接合部にある。超音速吸気口は一般的に3つのタイプに分類さ
れる。すなわち内部圧縮と、混合圧縮と、外部圧縮とである。内部圧縮吸気口は
吸気口ダクトの内部で超音速および亜音速圧縮の両方を達成するよう設計され、
吸気口が設計通りに働くためには超音速圧縮場の衝撃構造が吸気口ダクトに「飲
み込まれる」必要がある。流れの外乱によって末端衝撃が吸気口ダクトの前端部
から追い出されるとき、内部圧縮吸気口において「不始動」の問題が起こる。そ
の結果、効率が著しく失われ、吸気口抵抗が大幅に増加する。このように不始動
は著しい問題を表わす。
的に回転させることによって、吸気口ダクト開口の前方で超音速圧縮の一部が達
成される。超音速圧縮はダクトの前部で内的に継続し、その後に亜音速圧縮が続
く。これらのタイプの吸気口においても内部圧縮吸気口と同様に末端衝撃がダク
トに飲み込まれる必要があるため、不始動などの流れの不安定性の問題がなおも
起こり得る。
中の流れはすべて亜音速である。末端衝撃は、吸気口の喉を表わす吸気口ダクト
への入口におけるその位置において安定なままである傾向があるため、外部圧縮
吸気口は不始動型の不安定性を受けにくい。しかし、外部圧縮吸気口は吸気口ダ
クトの前方で成し遂げる必要のある多量の流れの回転のために高いカウル抵抗を
有する傾向があるため、それらは典型的にマッハ約2.0より上の飛行に対して
は好まれない。この多量の流れの回転は高いカウル角および流れを横切る方向に
おける長いカウル長さをもたらし、すなわち高い抵抗をもたらす。
ると同時に、高い全圧回復および低い外部抵抗を有する超音速吸気口を提供する
ことが望ましい。
復および低いカウル抵抗を提供し得る一意の3次元外部圧縮面を有する外部圧縮
吸気口を提供するこの発明によって、前述の要求が満たされ、他の利点が達成さ
れる。これらの目的に対し、この発明の好ましい実施例に従った超音速外部圧縮
吸気口は、超音速自由流を拡散するための一般的にスコップ形の超音速圧縮部分
を含む。超音速圧縮部分は、前縁および前縁の下流の喉部分を有する主壁と、主
壁の対向する側端縁に接合される側部とを有することによって、一般的にスコッ
プ形の構造を形成する。その側部は、主壁の前縁に付随する初期の斜めの衝撃波
を包囲するために十分に遠くまで超音速フローストリームに延在することが有利
である。主壁は一般的に回転面の扇形部分として形成される内表面を有し、この
主壁の内表面が側部の内表面と共同して3次元外部圧縮面を定める。超音速外部
圧縮吸気口はまた、超音速圧縮部分からの流れを受取ってその流れを亜音速状態
に拡散するために配置される亜音速ディフューザ部分を含む。亜音速ディフュー
ザ部分は閉ダクトとして成形されるカウルによって形成され、このカウルは主壁
の喉部分から流れを横切る方向に間隔をおかれた前縁カウルリップを有すること
により、超音速吸気口の喉はカウルおよび喉部分の間のカウルリップに近接して
定められる。吸気口の3次元外部圧縮面は、外部の流れの回転を従来の2Dまた
は線対称超音速吸気口に対して減少させることができ、したがって外部カウル角
を減少できる。また、3次元圧縮面はフローストリームを完全に囲まないため、
一意のスコップ形の超音速ディフューザ部分は流れを横切る方向におけるカウル
の長さを従来のタイプのディフューザに対して減少させることができる。したが
って、スコップ形のディフューザ部分における抵抗を従来の超音速ディフューザ
に対して減少できる。
しい実施例に従うと、超音速圧縮部分の主壁は、その前端縁に関して旋回する可
動外部ランプを含む。外部ランプの後部は主壁の喉部分を定める。すなわち、ラ
ンプを旋回して喉部分とカウルリップとの間の距離を変えることによって、喉の
大きさを変えることができる。カウルはさらに喉の後に置かれる可動内部ランプ
を含むことが好ましい。内部ランプはその後端縁に関して旋回可能であり、かつ
外部ランプの後端縁に近接する前端縁を有する。内部ランプは外部ランプと共同
して旋回することにより、それらの間の平滑な流れ遷移を維持する。外部および
内部ランプは簡単なヒンジプレートによって形成されることが有利である。所望
であれば、外部および内部ランプは向かい合うところにおいて流れの方向にわず
かに間隔をおかれることによって、境界層抽気のために用い得るスロットを生成
してもよい。
し、このような構成はすべてこの発明の設計法に従って、外部圧縮面が吸気口に
対する上流捕捉領域の周に由来する流線によって適合する表面を含むように成形
されることが好ましい。第1に、線対称設計が行なわれることにより、良好な全
圧回復が得られる圧縮場を与える圧縮場を有する線対称圧縮面が定められる。次
に、良好な圧力回復が得られる線対称圧縮場の部分が捕捉領域によって捕捉され
るように吸気口捕捉領域の形が規定される。捕捉領域の周の部分は、超音速圧縮
部分の前縁における線対称圧縮面の扇形部分によって定められる。線対称流溶体
からの流線が、捕捉領域の周の近くに位置する複数の点から追跡される。これら
の流線によって適合する表面によって吸気口に対する3次元外部圧縮面が定めら
れる。
円弧形の断面を有し、前縁から喉への一定の円弧角を定める。超音速圧縮部分の
側部は2つの実質的に平面の側壁を含み、そのそれぞれが主壁の対向する側端縁
に接合され、かつその円弧内表面に関して一般的に放射状に延在することが有利
であり、その側壁は主壁の前縁から亜音速ディフューザ部分のカウルリップまで
延在してカウルリップに接合される。超音速圧縮部分はその排出端部において環
形の部分として構成される流領域を定め、亜音速ディフューザ部分はその吸気口
端部において超音速圧縮部分の排出端部の流領域に実質的に適合するよう構成さ
れる流領域を定め、亜音速ディフューザ部分の排出端部は実質的に円形の流領域
を定めることが好ましい。亜音速ディフューザ部分は、その入口における環形部
分流領域からその出口における円形の流領域への平滑な遷移を提供することが望
ましい。
められることによってディフューザの前縁における初期の弱い斜めの衝撃波を生
成し、その後喉における約1.3のマッハ数への等エントロピー圧縮を生成する
。一連のマッハ線(実質的に強度がないためにそれを横切る圧力の損失が実質的
に起こらない衝撃波)が内表面から放射する。内表面は、予め定められた流れ状
態において初期の弱い衝撃波とマッハ線とが主壁の喉部分から流れを横切る方向
に間隔をおかれた共通の焦点においてすべて交差するように設計される。カウル
リップは実質的にその共通の焦点に置かれる。この設計は、亜音速ディフューザ
が外部で圧縮された流れのすべてまたはほぼすべてを捕捉することを確実にする
ことによって、吸気口の流出抵抗を最小化できる。
口を含む。局部翼面の形は、この発明の設計手順によって生成される超音速ディ
フューザ輪郭の一部またはすべてに適合するよう変更される。すなわち超音速デ
ィフューザの壁はディフューザ面および局部翼面の両方として働く。このことに
より、翼面とディフューザ面とが分離した部材である代替的な設計に対して浸水
面領域が減少する。浸水面が減少することにより、吸気口/翼システムに対する
表面摩擦抵抗が減少する。
する方法とを提供し、フローストリームを完全に囲まないスコップ形の超音速圧
縮部分によって線対称圧縮面のそれを実質的に2倍にする圧縮場を生成可能にす
る。したがって、線対称カウルに対して減少されるカウル浸水領域を考慮してカ
ウル抵抗を減少できる。また、超音速圧縮部分のカウル長さが短いことから、デ
ィフューザの重量が減少される。ディフューザの全圧回復は、CFDモデリング
によって、同じ飛行マッハ数に対して設計される混合圧縮吸気口の風洞試験にお
いて得られる最高レベルに等しいことが予測される。このディフューザはまた、
外部圧縮吸気口に典型的である良好な流れの安定性を提供することが予測される
。
関連するその特定の好ましい実施例の以下の説明からより明らかになるであろう
。
ながら以下により詳細に説明する。しかしこの発明は多くの異なる形で実施され
てもよく、ここに示される実施例に制限されると解釈されるべきではない。これ
らの実施例は、この開示を詳細かつ完全なものとし、当業者にこの発明の範囲を
完全に示すために提供されるものである。全体にわたり類似の参照番号は類似の
構成要素を示す。
る超音速圧縮場を、フローストリームを部分的にのみ囲むダクトによって生成で
きるという概念に基づいている。このことは線対称流れ場によって定められる流
線によって適合する3次元圧縮面を構成することによって達成される。この3次
元圧縮面は一般的にスコップ形の面である。3次元圧縮面の輪郭を定めるための
設計プロセスについて、図1−3の助けによって説明する。
示される自由流方向と角度∀を形成する円錐形の内表面22を有する回転体とし
て形成される。自由流はディフューザ20の中心長手軸と平行である。したがっ
て線対称の超音速圧縮場が生成され、それはディフューザの前縁28において生
じる初期の斜めの衝撃波26を含む。圧縮場は末端衝撃30を含み、それは典型
的に垂直またはほぼ垂直であって、超音速流れ場を亜音速流れ場から分離する。
ここではディフューザ20が満足な圧力回復を与える所望の超音速圧縮場を生じ
るよう好適に設計されたと仮定する。この発明に従うと、非線対称ディフューザ
構造と本質的に同じ圧縮場を生じる3次元圧縮面を設計することが望ましい。
プを例示する。ディフューザ20の前縁28における線対称流れ場の上に周32
を有する吸気口捕捉領域が重ねられる。捕捉領域は線対称圧縮面22に含まれる
流れのすべてよりも少なく包囲する。より特定的には、捕捉領域は、線対称圧縮
場のうち良好な圧力回復を与える部分を捕捉するように構成される。以下にさら
に説明するとおり、この発明のこの実施例における捕捉領域は、ディフューザの
亜音速ディフューザ部分のカウルリップの突出を定める内部円弧部分を有する環
形の部分として構成される。その周の外側の円弧部分はディフューザの超音速圧
縮部分の前縁を定める。周32は真直ぐな放射状の線部分によって対向側の円周
方向において境界を示されている。捕捉領域の周32の近くに複数の点が選択さ
れ、これらの点から始る流線が線対称ディフューザ20に対する線対称流れ場溶
体に基づいて下流に追跡される。この流線追跡手順の目的は、線対称流れ場の使
用可能な部分、すなわち流れ場の良好な圧力回復を有する部分を包囲する非線対
称ディフューザ構造の内部輪郭を定めることである。その内部輪郭の1つの表面
は線対称ディフューザ20の内表面22の円弧部分によって定められ、それは周
32の外側円弧部分に沿って始る流線によって適合する表面として考えることが
できる。その目的は、周32の放射状の直線部分に対応する側壁の内部輪郭を定
めることである。この特定の場合における流線追跡手順は簡単である。なぜなら
、線対称流れ場の流管の線対称形を考慮すると、放射状の線部分に沿った流線は
下流に進行しても放射状の線の上にあり続けるためである。したがって流線によ
って適合する表面は放射状の面である。よって非線対称ディフューザの側壁は平
面の放射状に配向される内表面を有する必要がある。側壁は、ディフューザの前
縁28に付随する初期の斜めの衝撃波26を包囲するために十分に遠くまで超音
速フローストリーム中に延在する必要がある。よって側壁の自由端縁は一般的に
、線対称流れ溶体において定められる初期衝撃波26の方向に実質的に対応する
方向に沿って延在する必要がある。
部分40の切断した側面を示す。超音速圧縮部分40は、図1の線対称ディフュ
ーザ20の内表面22に対応する内表面44を有する主壁42を含む。超音速圧
縮部分40はまた、1対の側壁46(図3においては1つのみを示す)を含み、
その内表面は平面でありかつ放射状に配向される。側壁46の自由端縁48は主
壁42の前縁50からカウルリップ52まで延在し、カウルリップ52は、カウ
ルリップ52とカウルリップ52に対向する主壁42の喉部分との間に所望の大
きさの喉54を定めるように設けられる。以下にさらに説明するとおり、カウル
リップ52はディフューザの亜音速ディフューザ部分の一部を形成する。主壁4
2および側壁46の内表面は超音速圧縮部分40の外部圧縮面を集合的に含む。
するために、前述の設計手順が改良されることが好ましい。この改良は、主壁の
前縁から弱い初期の斜めの衝撃波が生じ、その初期衝撃に続いて等エントロピー
圧縮プロセスが起こることによってディフューザの喉まで実質的に付加的な全圧
損失が起こらないようにする態様で主壁の内表面の輪郭を定めるステップを含む
。さらに、初期衝撃および内表面から放射される一連のマッハ線(実質上強度が
なく圧力損失のない衝撃と考えることができる)のすべてが焦点合せされること
によって共通の焦点において交差するように、内表面の輪郭が定められる。これ
を図4に例示しており、これは超音速圧縮部分40′の代替的な実施例を示す。
内表面42′は初期の弱い衝撃43および一連のマッハ線45を生成するように
輪郭を定められ、それらすべては共通の焦点Pにおいて交差する。喉における通
常の衝撃47のすぐ前の流れのマッハ数が約1.3よりも大きくならないように
圧縮プロセスを設計することが好ましい。好ましくは亜音速ディフューザ部分の
カウルリップ52′を実質的に焦点Pに置くことによって、初期衝撃43および
等エントロピー圧縮プロセスを通じて圧縮される本質的にすべての超音速流を亜
音流ディフューザが捕捉するようにする。このカウルリップの設置は、亜音速デ
ィフューザ部分の外側の超音速圧縮流の流出によって起こる抵抗の最小化を促進
する。
示す。吸気口60は超音速ディフューザ部分62および亜音速ディフューザ部分
64を含む。超音速ディフューザ部分62は一般的に、主壁66および1対の対
向する側壁68を有するスコップ形の構造である。前述のとおり、吸気口60は
環形部分として構成される捕捉領域を有する。側壁68の内表面は平面であり、
主壁66の円弧形の内表面に関して放射状に配向される。側壁68の外表面も平
面で放射状であることにより、側壁68は平らなプレート形構造を含むことが好
ましい。前縁の厚みを減少させるために、側壁68は各側壁の前縁において外表
面に斜面70を含むことが好ましい。環形部分の形の超音速ディフューザ部分6
2は約70°の円弧角を定めることが有利だが、異なる吸気口設計に対して超音
速ディフューザ部分の円周範囲は変動することが認識されるだろう。超音速ディ
フューザ部分62の70°円弧角は前縁72からカウルリップ74まで一定であ
ることが好ましい。亜音速ディフューザ部分64は、環形部分として構成される
流領域を有する部分64の入口と、エンジンの円形の前面との接続のために円形
の流領域を有する部分64の出口との間の平滑な遷移を与えるために構成される
。
製造することを可能にする。超音速吸気口設計の当業者に公知であるとおり、超
音速巡航動作に対して望ましい吸気口喉の大きさは、低速動作に対して望ましい
ものよりも小さい。したがって、喉の大きさを変動させるために超音速吸気口に
可動部材を与えることが一般的である。従来の線対称吸気口においては、喉の大
きさを変動させるために、平行移動する中心本体または可変直径の中心本体など
のしばしば比較的複雑な可動部材が用いられる。2D吸気口においては、超音速
吸気口に対して折り畳めるヒンジランプ設計が提案されてきた。平行移動する中
心本体の吸気口は、制限された操作性余地を有する傾向がある(すなわち、それ
らは設計点の動作条件においては受容可能な圧力回復および歪みレベルを提供す
るが、エンジンが設計から外れて動くときには圧力回復および歪みレベルが上昇
するためにエンジンをどれぐらい設計から外して動作し得るかが著しく制限され
る)。それらはまた制限された遷音速の気流能力を有する傾向がある。可変直径
の中心本体の吸気口は機械的に複雑になる傾向があり、メンテナンスおよび製作
の問題を引起す。二次元吸気口は重くなる傾向があり、線対称設計よりも高い設
置抵抗を有し得る。
ンジランプを用いることができる。図6および図7にこの概念を組入れたこの発
明の実施例を示しており、これは可変ジオメトリ吸気口80の断面の側面図およ
び正面図を示す。可変ジオメトリ吸気口80は、主壁84および側壁85(明確
にするため図6には示さない)によって形成される超音速圧縮部分82を有する
。主壁84は、固定されて主壁の前縁を定める初期ランプ86を含む。固定ラン
プ86の後端縁は可動ランプ88の前端縁に隣接する。可動ランプ88は、ラン
プ88の前端縁に位置しかつ自由流方向に対して横方向に延在するヒンジ軸90
のまわりを旋回可能である。図6において、ランプ88は実線の超音速巡航位置
および破線の低速位置の両方において示される。吸気口80はまた、閉ダクトま
たはカウル94によって形成される亜音速ディフューザ部分92を含む。亜音速
ディフューザ部分92はその吸気口端部において、超音速圧縮部分82の排出端
部の流領域と実質的に適合するよう構成される流領域を定める。カウル94は可
動ランプ96を含み、その前端縁は外部ランプ88の後端縁に近接する。ランプ
96はランプ96の後端縁に位置するヒンジ軸98のまわりを旋回可能であり、
実線の超音速巡航位置および破線の低速位置の両方において示される。吸気口8
0の喉の大きさは、ランプと対向するカウル94の部分によって形成されるカウ
ルリップ100に関するランプ88、96の場所によって定められる。よって超
音速巡航動作に対し、ランプ88、96は実線で示されるようにカウルリップ1
00に対して最も近い位置に置かれる。低速動作のために喉の大きさを増加させ
ることが望まれるとき、ランプ88、96は本質的に一斉にカウルリップ100
から離れる方向に動かされる。ランプ88、96は、液圧アクチュエータ、空気
アクチュエータ、電気モータ、またはその類似物(図示せず)などによるあらゆ
る好適な態様で作動できる。外部ランプ88の後端縁と内部ランプ96の前端縁
とは流れの方向に間隔をおかれることによってその間にスロット102を定める
ことが有利である。スロット102は喉における境界層流を抽気するために用い
得る。
気口/翼システムを提供する。図8は、図6および図7の吸気口80に対するこ
うした吸気口/翼システムを概略的に示す。翼110は吸気口80を組入れるこ
とによって、ディフューザ80の外部圧縮面の少なくとも一部が翼110の空気
力学表面の一部を形成するように構成される。翼面の局部の形は、この発明の設
計法によって生成されるディフューザ輪郭の一部またはすべてに適合するように
変更される。この吸気口80は2つの機能を行ない、局部翼面および吸気口に対
する外部圧縮面の両方として働くため、この翼110への吸気口80の組入れは
特に低抵抗の組入れ手法であり得る。これによって吸気口/翼システムの浸水面
領域を最小化でき、それによってシステムの表面摩擦抵抗を減少できる。
厳密に形成される捕捉領域を有する。しかしこの発明はいかなる特定の捕捉領域
構成にも制限されない。実際には、この発明の設計法はあらゆる任意に選択され
る捕捉領域構成に適用できる。この発明の方法は、捕捉領域断面形を最小限の設
置抵抗またはその他の設計目的に対して最適化できる。たとえば、吸気口はこの
発明に従って円形、長円形、またはその他のあらゆる所望の形の捕捉領域形を有
するよう設計できる。図9は吸気口80′に適用される設計法の例を示し、この
吸気口は、一般的に環形部分として形成されるがその側壁85′が丸くされかつ
カウルリップ100′と円滑に融合している捕捉領域を有する。
される際の、この発明の流線追跡手順を示す。流線122を追跡するために線対
称の流れ場が分析される。捕捉領域120の周を通過する流線を用いて表面を適
合させる。この表面はこの発明に従った超音速ディフューザに対する外部圧縮面
になる。その結果得られる吸気口130を図11および図12に示す。吸気口1
30は、主壁134および対向する側壁135によって形成される超音速圧縮部
分132を含む。主壁134および側壁135の内表面は、図10と同様にして
追跡された流線によって表面を適合させることによって定められる外部圧縮面を
集合的に形成する。側壁135は、主壁の前縁138からカウルリップ140へ
と延在する自由端縁または前縁136を有する。側壁の前縁136は、側壁13
5のカウルリップ140との平滑な融合を促進するためにわずかに前方に曲げら
れる。吸気口130は巡航(実線)および低速(破線)位置の両方において示さ
れる可動外部ランプ142を含み、これは超音速圧縮部分132の内表面の一部
を形成する。ディフューザ130はまた、閉ダクトまたはカウル146によって
形成される亜音速ディフューザ部分144を含む。この亜音速ディフューザ部分
は、巡航(実線)および低速(破線)位置の両方において示される可動内部ラン
プ148を含む。
計する方法を提供することが認識されるであろう。この発明に従って設計された
ディフューザの計算流体力学(CFD)分析は、このディフューザが同じ飛行マ
ッハ数に対して設計された従来の混合圧縮吸気口の風洞試験において得られる最
高レベルに等しい圧力回復に対するポテンシャルを有することを示す。この発明
のディフューザはまた、外部抵抗および重量を従来の吸気口に対して減少させる
ことを可能にする。従来の外部圧縮吸気口の良好な流れ安定性の特性を保持しな
がらこれらの利点が可能である。この発明に従って設計される吸気口は、超音速
または極超音速航空機またはミサイルを含むさまざまな適用に用い得る。また、
この発明の流線追跡設計法は、短くかつ低重量のノズルを提供するための排気ノ
ズル空気力学表面の設計にも適用し得ることが当業者に認識されるであろう。
の属する技術分野の当業者には、この発明の多くの変更形およびその他の実施例
が考えられるであろう。したがって、この発明は開示される特定の実施例に制限
されるものではなく、変更形およびその他の実施例は添付の請求項の範囲に含ま
れることが意図されることが理解されるべきである。ここでは特定の用語を用い
たが、それらは一般的かつ説明的意味においてのみ用いられるものであって、制
限する目的のためではない。
簡単な円錐形構成の線対称超音速ディフューザの断面を示す側面図である。
フューザの前面図である。
を追跡するステップと、それらの流線によって表面を適合させるステップとによ
って製造される、この発明の1つの実施例に従ったディフューザの超音速圧縮部
分の断面を示す側面図である。
であり、ここでは圧縮面を改善することによって初期の斜めの衝撃および一連の
マッハ線がすべて共通の焦点で焦点合せされる等エントロピー圧縮を生成し、亜
音速ディフューザのカウルリップは実質的にこの共通の焦点に置かれる。
縮ディフューザの断面を示す側面図である。
ザを示す前面図である。
ルリップを有する捕捉領域を有する、この発明のさらに別の実施例に従ったディ
フューザを示す前面図である。
ィフューザの断面を示す側面図である。
の流線追跡手順によって製造されるディフューザの断面を示す側面図である。
Claims (19)
- 【請求項1】 外部圧縮超音速吸気口であって、 超音速自由流を拡散するための超音速圧縮部分を含み、前記超音速圧縮部分は
前縁および前記前縁の下流の喉部分を有する主壁を含み、前記超音速圧縮部分は
主壁の対向する側端縁に接合されることによって一般的にスコップ形の構造を形
成する側部を有し、前記主壁は一般的に回転面の円周方向に延在する部分として
形成される内表面を有し、主壁の前記内表面は側部の内表面と共同して3次元外
部圧縮面を定め、さらに 超音速圧縮部分からの流れを受取りかつ前記流れを亜音速状態に拡散するため
に配置される亜音速ディフューザ部分を含み、前記亜音速ディフューザ部分は閉
ダクトとして成形されるカウルによって形成され、前記カウルは主壁の喉部分か
ら流れを横切る方向に間隔をおかれる前縁カウルリップを有することにより、超
音速吸気口の喉はカウルと前記喉部分との間のカウルリップに近接して定められ
、前記カウルは前記喉から下流に間隔をおかれる排出端部を有する、超音速吸気
口。 - 【請求項2】 前記吸気口は環形部分として構成される捕捉領域を定める、
請求項1に記載の超音速吸気口。 - 【請求項3】 前記主壁の内表面は、自由流方向に対して垂直に円弧形の断
面を有し、前縁から喉への一定の円弧角を定める、請求項1に記載の超音速吸気
口。 - 【請求項4】 前記超音速圧縮部分の側部は、主壁の対向する側端縁にそれ
ぞれ接合されかつその円弧内表面に関して一般的に放射状に延在する2つの実質
的に平面の側壁を含み、前記側壁は主壁の前縁から亜音速ディフューザ部分のカ
ウルリップまで延在してカウルリップに接合される、請求項3に記載の超音速吸
気口。 - 【請求項5】 前記超音速圧縮部分はその排出端部において、環形部分とし
て構成される流領域を定め、前記亜音速ディフューザ部分はその吸気口端部にお
いて超音速圧縮部分の排出端部の流領域に実質的に適合するように構成される流
領域を定め、亜音速ディフューザ部分の排出端部は実質的に円形の流領域を定め
る、請求項1に記載の超音速吸気口。 - 【請求項6】 前記主壁の内表面は流れ方向に輪郭を定められることによっ
て初期の弱い斜めの衝撃波を生成し、その後一連のマッハ線によって特徴付けら
れる等エントロピー圧縮を生成することによって、予め定められた流れ状態にお
いて前記衝撃波およびマッハ線が主壁の喉部分から流れを横切る方向に間隔をお
かれた共通の焦点へと主壁の内表面から放射する、請求項1に記載の超音速吸気
口。 - 【請求項7】 前記カウルリップは実質的に衝撃波の前記共通焦点に置かれ
る、請求項6に記載の超音速吸気口。 - 【請求項8】 前記吸気口は円形の捕捉領域を定める、請求項1に記載の超
音速吸気口。 - 【請求項9】 前記主壁は、喉の前方に間隔をおかれるその前縁のまわりを
旋回可能な可動外部ランプを含み、前記外部ランプはカウルリップに対向して間
隔をおかれる後部を有し、外部ランプの旋回する動きが外部ランプとカウルリッ
プとの間の流領域を変動させる働きをする、請求項1に記載の超音速吸気口。 - 【請求項10】 前記カウルは、喉の後方に間隔をおかれるその後端縁のま
わりを旋回可能な可動内部ランプを含み、前記内部ランプは外部ランプの後部に
近接する前部を有し、内部ランプは外部ランプと共同して旋回可能であることに
よって喉の流領域を変動させる、請求項9に記載の超音速吸気口。 - 【請求項11】 前記内部ランプの前部は外部ランプの後部から下流に間隔
をおかれることによって、喉に近接するその間にスロットを定める、請求項10
に記載の超音速吸気口。 - 【請求項12】 前記主壁は外部ランプの前方に固定ランプを含み、前記固
定ランプの前端縁は主壁の前縁を定め、固定ランプの後端縁は外部ランプの前端
縁に隣接する、請求項9に記載の超音速吸気口。 - 【請求項13】 超音速ディフューザであって、 超音速自由流を拡散するための一般的にスコップ形の構造を含み、前記構造は
捕捉領域を定め、かつ非線対称圧縮面を集合的に定める内表面を有する壁によっ
て形成され、前記圧縮面は、構造の前縁から自由流の方向に沿って延在しかつ自
由流の前記方向に対して一般的に横方向に延在する部分を有し、前記圧縮面の前
記部分は回転面の円周方向に延在する部分を含み、前記圧縮面はディフューザの
捕捉領域の周を通過する流線によって適合する3次元面として輪郭を定められ、
前記流線は前記回転面に適合するよう輪郭を定められる線対称圧縮面に対して導
かれる線対称圧縮場に基づいて追跡される、超音速ディフューザ。 - 【請求項14】 前記捕捉領域は一般的に環形部分として成形される、請求
項13に記載の超音速ディフューザ。 - 【請求項15】 前記捕捉領域は一般的に円形である、請求項13に記載の
超音速ディフューザ。 - 【請求項16】 超音速ディフューザの空気力学的内表面を設計するための
方法であって、 予め定められた流れ状態における超音速流を圧縮するための線対称圧縮面を設
計することによって線対称の圧縮場を与えるステップと、 前記線対称の圧縮場に捕捉領域を重ねるステップとを含み、前記捕捉領域は周
を有し、前記周の一部は線対称圧縮面に沿ってその円周方向に延在し、前記捕捉
領域は線対称圧縮面に含まれる流れのすべてよりも少なく包囲し、さらに 捕捉領域の周の近くに間隔をおかれる複数の点において始る複数の流線を追跡
するステップを含み、前記流線は線対称圧縮場に基づいて追跡され、さらに 前記流線によって表面を適合させて前記空気力学的内表面を定めるステップを
含む、方法。 - 【請求項17】 前記線対称圧縮面は、圧縮面の前縁に付随する初期の斜め
の衝撃波およびそれに続く圧縮面から放射する一連のマッハ線によって特徴付け
られる等エントロピー圧縮プロセスを生成するように設計され、前記圧縮面は、
前記初期衝撃波およびマッハ線がすべて共通の焦点において交差するように輪郭
を定められる、請求項16に記載の方法。 - 【請求項18】 前記捕捉領域は、線対称圧縮面から最も遠く間隔をおかれ
た捕捉領域周の部分を通って追跡された流線が前記共通の焦点を実質的に通過す
るように構成される、請求項17に記載の方法。 - 【請求項19】 航空機に対する吸気口/翼システムであって、 請求項1において定められる外部圧縮超音速吸気口と、 空気力学表面を有する翼とを含み、 前記吸気口は前記翼と一体化されることにより、翼の前記空気力学表面の一部
が吸気口の少なくとも一部によって形成される、吸気口/翼システム。
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