JPH0818597B2 - 超音速空気流の取入口 - Google Patents

超音速空気流の取入口

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JPH0818597B2
JPH0818597B2 JP5420992A JP5420992A JPH0818597B2 JP H0818597 B2 JPH0818597 B2 JP H0818597B2 JP 5420992 A JP5420992 A JP 5420992A JP 5420992 A JP5420992 A JP 5420992A JP H0818597 B2 JPH0818597 B2 JP H0818597B2
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朗 藤本
英志 嶋
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Kawasaki Motors Ltd
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Kawasaki Jukogyo KK
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超音速空気流を取り入
れ、これを亜音速まで減速・圧縮して使用する高速航空
機用ターボ型エンジン、ラムジェットエンジン及び熱交
換機等に用いられる超音速空気流の取入口に係り、特に
高マッハ領域(M≧2.5)で使用される超音速空気流
の取入口に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、戦闘機等に用いられる超音速空
気流の取入口は、上壁と、その両側に垂設され、先端面
に超音速で流入する空気流方向に対して後退角を有する
側壁とからなる下向きチャンネル状の外部領域(開流路
区間)において、間隔一定の側壁に対して上壁内面のラ
ンプにより空気流方向に流路断面積を漸次減少させて全
ての超音速圧縮を行うと共に、外部領域に連ねて設けら
れ、両側壁間の下部をカウル(底蓋)によって閉鎖した
内部領域(閉流路区間)において、カウルリップ付近に
設けられた流路断面積が最小となるスロート部により空
気流をほぼ音速になるように減速・圧縮し、かつスロー
ト部に垂直衝撃波を立て、それ以降の流れを亜音速とす
る一方、スロート部以降の流路断面積を漸次増大させた
亜音速ディフューザ部により亜音速状態で所定のマッハ
数まで減速・圧縮するように構成されている。
【0003】この形式の空気取入口は、全ての超音速圧
縮を外部領域で行うため、外部圧縮型と呼ばれるが、実
用マッハ数上限が2.5程度で、高マッハ領域には向か
ない。
【0004】これは、超音速空気流を効率よく減速・圧
縮するには、ランプによる流れの偏向角(流れは下向き
に曲げられる)をマッハ数の増大と共に大きくする必要
があり、偏向角を大きくし過ぎると、その分カウルを下
方に大きく膨らませる必要を生じ、結果として、高マッ
ハ領域ではカウル抵抗が急増し、この速度域での使用に
不向きとなるからである。
【0005】このため、従来、高マッハ領域で使用され
る超音速空気流の取入口は、図9〜図16に示すよう
に、上壁31と、その両側に垂設され、先端面(図9,
図10においては左端面)に超音速で流入する空気流方
向(図9,図10における白抜き矢印方向)に対して後
退角を有する側壁32とからなる下向きチャンネル状の
外部領域において、間隔一定の側壁に対して上壁31内
面のランプ33により空気流方向に流路断面積を漸次減
少させて超音速圧縮の一部を行うと共に、外部領域に連
ねて設けられ、両側壁32間の下部をカウル34によっ
て閉鎖した内部領域において、残りの超音速圧縮を行
い、カウルリップ35から適宜内方における流路断面積
が最小となるスロート部36で空気流がほぼ音速になる
ように減速・圧縮し、かつスロート部36に垂直衝撃波
37を立て、それ以降の流れを亜音速とする一方、スロ
ート部36以降の流路断面積を漸次増大させた亜音速デ
ィフューザ部38により亜音速状態で所定のマッハ数ま
で減速・圧縮するように構成されている。
【0006】この形式の空気取入口は、超音速圧縮の一
部を外部領域、残りを内部領域で行うため、混合圧縮型
と呼ばれる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この従来の混合圧縮型
の超音速空気流の取入口では、主流路出口39における
静圧を適節に制御することにより、スロート部36に垂
直衝撃波37を定在させる必要がある。通常、これはエ
ンジン回転数、燃料噴射量、バイパス流路への空気流量
等を常に能動的に制御してこの状態を維持する。
【0008】もし、主流路出口39での静圧が適正静圧
より低いと、スロート部36の垂直衝撃波37は後方
(図9,図10においては右方)へ移動し、圧力がバラ
ンスする安定点に自動的に止まる。このように、垂直衝
撃波37を後方に飲み込んだ状態をいわゆる始動状態と
いう。
【0009】逆に、主流路出口39での静圧が適正静圧
より高いと、垂直衝撃波37はスロート部36の前方
(図9,図10においては左方)へ移動しようとする。
内部領域内において、何等かの原因で垂直衝撃波37が
前方へ移動を始めると、移動前に比べて衝撃波直前のマ
ッハ数が上昇し、衝撃波が強くなる。結果的に衝撃波直
後の静圧が上昇し、更に前方にこれを押し出そうとする
力が働く。従って、垂直衝撃波37が一旦スロート部3
6を通り越し、その前方に入ると、衝撃波は直ちに外部
領域に吐き出され、吐き出された垂直衝撃波37がカウ
ルリップ35に達すると、流路が開流路区間となり、衝
撃波後方の高い静圧は下方へ抜けるため、自然に圧力が
バランスする位置で衝撃波の移動が止まる。これが、い
わゆる不始動状態である。
【0010】上述したように、始動から不始動への状態
移行は瞬時に発生するため、エンジンコップレッサの失
速、燃焼器の吹き消え等を誘発する場合が多い。又、航
空機が超高速で飛行中に不始動が発生すると、カウルリ
ップ35からの圧力漏れにより新たな外部衝撃波が発生
して造波抵抗が急増するため、急激な機体姿勢の変化を
誘発し、最悪の場合、操縦不能に陥って墜落する危険性
もある。
【0011】上記混合圧縮型の超音速空気流の取入口に
おいては、不始動の発生を回避あるいは遅らせるため
に、スロート部36にスロット型若しくは多孔壁型のス
ロート抽気孔40を設け、衝撃波後方の圧力をここで逃
がす構造を採用している。しかし、このスロート抽気孔
40の抽気量を多くすると、不始動発生までのマージン
が大きくなる一方、抽気抵抗が増加する欠点がある。
又、この構造だけでは不始動を完全に抑えることは不可
能で、主流路出口39での静圧を精密に制御する複雑な
機構が必要となる。
【0012】なお、不始動は、ランプ33で発生する斜
め衝撃波41と境界層との干渉による剥離によっても発
生するので、これを抑えるために、通常、ランプ面上あ
るいは側壁に多孔壁型の抽気孔42,43が設けられ
る。
【0013】図9において44はスロート抽気孔40の
排出口、45,46は抽気孔42,43の排出口であ
る。
【0014】そこで、本発明は、複雑な制御機構を必要
とせず、常に自己安定的に作動し、かつ、高マッハ領域
で使用可能な超音速空気流の取入口の提供を目的とす
る。
【0015】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の超音速空気流の取入口は、超音速の空気流
を取り入れ、これを亜音速まで減速・圧縮する超音速空
気流の取入口であって、下向きチャンネル状の外部領域
に、超音速で流入する空気流方向に側壁の間隔の減少に
より流路断面積を減少させた第1超音速ディフューザ部
が設けられると共に、側壁の間隔を一定としかつ上壁内
面のランプにより空気流方向に流路断面積を減少させた
第2超音速ディフューザ部が第1超音速ディフューザ部
に連ねて設けられ、外部領域に連ねて設けられ、下部を
カウルによって閉鎖した内部領域に、流路断面積を最小
とするスロート部がカウルリップ付近に設けられると共
に、スロート部に連ねて流路断面積を増大させた亜音速
ディフューザ部が設けられているものである。
【0016】
【作用】上記手段においては、スロート部に形成された
垂直衝撃波が前方に移動しても、その後方の高い静圧は
カウルリップ前方の開流路で下方に漏れるため急激な挙
動変化は起こらず、圧力が適当にバランスする位置で衝
撃波は自然に止まり、又、高マッハ数で流入する超音速
空気流は第1超音速ディフューザ部で側壁によって形成
される斜め衝撃波によりマッハ数2〜3程度まで予圧縮
される。
【0017】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0018】図1、図2及び図3は本発明の一実施例の
超音速空気流の取入口の側面図、底面図及び正面図であ
る。
【0019】厚さ一様で、矩形板状の上壁1と、その両
側に垂設され、先端面(図1,図2においては左端面)
に高マッハ数(M≧2.5)の超音速で流入する空気流
方向(図1,図2における白抜き矢印方向)に対して後
退角θを有する側壁2とからなる下向きチャンネル状の
外部領域(開流路区間)には、両側壁2の間隔を空気流
方向に向って漸次減少させる(図4,図5参照)ことに
より流路断面積を減少させた第1超音速ディフューザ部
3が設けられていると共に、両側壁2の間隔を一定とし
(図6参照)、かつ上壁1の内面に設けた所要勾配のラ
ンプ4により空気流方向に向って流路断面積を漸次減少
させた第2超音速ディフューザ部5が第1超音速ディフ
ューザ部3に連ねて設けられている。
【0020】又、外部領域には、第1超音速ディフュー
ザ部3の側壁2及び上壁1の内面で発達する境界層を第
2超音速ディフューザ部5内に吸い込まないようにする
ため、ダイバータ構造が採用されている。
【0021】すなわち、ランプ4の下面には、隔壁6が
両側壁2から僅かに離隔して垂設されており、各隔壁6
とそれぞれの側壁2との間の空隙は、側壁2の外側に開
口し側方ダイバータ空気排出口7と各側壁2に穿設した
側方ダイバータ流路8(図7参照)を介して連通されて
いる一方、ランプ4直前の上壁1には、スロット型の上
方ダイバータ空気排出口9が設けられている。更に必要
に応じて、第2超音速ディフェーザ部5のランプ4上に
多孔壁型のランプ抽気孔10を設け、このランプ抽気孔
10を上壁1に設けたランプ抽気排出口11と連通さ
せ、ランプ4面上の境界層と衝撃波との干渉を低く抑え
るようにしてもよい。
【0022】上記外部領域には、両側壁2の下端部間を
カウル12によって閉鎖した内部領域(閉流路区間)が
連ねて設けられている。内部領域には、流路断面積を最
小とするスロート部13がカウルリップ14付近に設け
られていると共に、このスロート部13に連ねて流路断
面積を空気流方向に向けて漸次増大させた亜音速ディフ
ューザ部15が設けられており、亜音速ディフューザ部
15は、主流路出口16(図8参照)を経てエンジン
(図示せず)等と連通されている。そして、スロート部
13の上壁1には、垂直衝撃波17の上端をここに保持
するため、スロット型あるいは多孔壁型のスロート抽気
孔18が設けられており、このスロート抽気孔18は、
上壁1に穿設したスロート抽気流路19(図7参照)を
介して上壁1の上側に開口したスロート抽気排出口20
と連通されている。
【0023】上記構成の超音速空気流の取入口において
は、高マッハ数の超音速で流入した空気は、外部領域に
おける第1超音速ディフューザ部3で両側壁2によって
形成される斜め衝撃波(図示せず)によりマッハ数2〜
3程度まで減速・予圧縮された後、第2超音速ディフュ
ーザ部5でほぼ音速まで減速・圧縮され、スロート部1
3に立てられた垂直衝撃波17により亜音速まで減速・
圧縮される。そして、スロート部13を通過した空気
は、亜音速ディフューザ部15において亜音速状態で更
に所要のマッハ数まで減速・圧縮されてエンジン等に供
給される。
【0024】上記超音速空気流の減速・圧縮に際し、何
等かの原因で主流路出口16の静圧が上昇した場合、垂
直衝撃波17が前方に移動しても、スロート部13がカ
ウルリップ14付近に存在し、その前方が開流路となっ
ているので、衝撃波後方の高い静圧は下方に漏れるため
急激な挙動変化は起こらず、圧力が適当にバランスする
位置で垂直衝撃波17は自然に止まる。
【0025】なお、上述した実施例においては、ランプ
4の勾配を固定する場合について説明したが、これに限
定されるものではなく、ランプ角の可変機構を設け、ラ
ンプ4の勾配を可変にするようにしてもよい。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の超音速空
気流の取入口によれば、スロート部に形成された垂直衝
撃波が前方に移動したとしても、その後方の高い静圧は
カウルリップ前方の開流路で下方に漏れるため急激な挙
動変化は起こらず、圧力が適当にバランスする位置で衝
撃波は自然に止まるので、従来のように複雑な制御機構
を必要とすることなく、常に自己安定的に作動させるこ
とができる。
【0027】又、高マッハ数で流入する超音速空気流
は、第1超音速ディフューザ部で側壁によって形成され
る斜め衝撃波によりマッハ数2〜3程度まで予圧縮され
るので、高マッハ領域での使用を可能とすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の超音速空気流の取入口の側
面図である。
【図2】本発明の一実施例の超音速空気流の取入口の底
面図である。
【図3】本発明の一実施例の超音速空気流の取入口の正
面図である。
【図4】図1におけるIV−IV線断面図である。
【図5】図1におけるV−V線断面図である。
【図6】図1におけるVI−VI線断面図である。
【図7】図1における VII−VII 線断面図である。
【図8】図1におけるVIII−VIII線断面図である。
【図9】従来の超音速空気流の取入口の側面図である。
【図10】従来の超音速空気流の取入口の底面図であ
る。
【図11】従来の超音速空気流の取入口の正面図であ
る。
【図12】図9における XII−XII 線断面図である。
【図13】図9におけるXIII−XIII線断面図である。
【図14】図9における XIV−XIV 線断面図である。
【図15】図9におけるXV−XV線断面図である。
【図16】図9における XVI−XVI 線断面図である。
【符号の説明】
1 上壁 2 側壁 3 第1超音速ディフューザ部 4 ランプ 5 第2超音速ディフューザ部 12 カウル 13 スロート部 14 カウルリップ 15 亜音速ディフューザ部 17 垂直衝撃波

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超音速の空気流を取り入れ、これを亜音
    速まで減速・圧縮する超音速空気流の取入口であって、
    下向きチャンネル状の外部領域に、超音速で流入する空
    気流方向に側壁の間隔の減少により流路断面積を減少さ
    せた第1超音速ディフューザ部が設けられると共に、側
    壁の間隔を一定とし、かつ上壁内面のランプにより空気
    流方向に流路断面積を減少させた第2超音速ディフュー
    ザ部が第1超音速ディフューザ部に連ねて設けられ、外
    部領域に連ねて設けられ、下部をカウルによって閉鎖し
    た内部領域に、流路断面積を最小とするスロート部がカ
    ウルリップ付近に設けられると共に、スロート部に連ね
    て流路断面積を増大させた亜音速ディフューザ部が設け
    られていることを特徴とする超音速空気流の取入口。
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