بررسي تجربي چرخه‌ي موج-نوسان در ورودي مافوق‌صوت تقارن‌محوري

Experimental Investigation of the Buzz Cycle in a Supersonic Axisymmetric Intake

يك ورودي هواي مافوق‌صوت تقارن ‌محوري از نوع تراكم تركيبي كه براي عدد ماخ 0/2 طراحي شده تحت انجام طيف وسيعي از آزمايش‌هاي تجربي در شرايط طراحي و غير‌طراحي در دو حوزه‌ي عملكرد و پايداري قرار گرفته است. مقاله‌ي حاضر به بررسي و توصيف ماهيت و فيزيك جريان در شرايط كاري ناپايدار ورودي، جايي‌كه نوسانات خود-نگهدار مجموعه‌ي امواج ضربه‌اي در طول ورودي رخ مي‌دهد، پرداخته است. صرف نظر از علت خروج ورودي از شرايط پايدار و آغاز ناپايداري‌ها، اين مقاله به بررسي اتفاقات رخ داده حين يك چرخه‌ي كامل پديده‌ي موج-نوسان با استفاده از تصاوير آشكارسازي جريان به روش سايه‌نگاري و استفاده از داده‌هاي فشاري حسگر‌هاي فركانس‌بالا، پرداخته است. بررسي نتايج نشان داده است كه ورودي مذكور حين يك چرخه‌ي موج-نوسان دچار افزايش و كاهش فشار داخلي شده و اصطلاحاً پر و خالي مي‌شود. با حركت مجموعه‌ي امواج ضربه‌اي از دهانه‌ي ورودي به سمت دماغه فرآيند تخليه‌ي جريان از ورودي آغاز مي‌شود و هنگامي كه مجموعه‌ي امواج به بالا‌دست‌ترين موقعيت خود در نوك دماغه مي‌رسد داخل ورودي در كمترين فشار كاري خود قرار مي‌گيرد؛ در اين حالت ورودي اصطلاحاً خالي است. خالي بودن ورودي و كاهش فشار داخل آن شرايط را براي ورود جريان تازه فراهم كرده و فرآيند پر شدن با كشيده شدن مجموعه‌ي امواج ضربه‌اي به داخل ورودي آغاز مي‌شود تا جايي كه بر اثر پر شدن مجدد ورودي و افزايش فشار داخل آن، امواج ضربه‌اي داخلي به بالا‌دست جريان حركت كرده و هنگام قرارگيري در دهانه‌ي ورودي فشار داخلي به بيشينه‌ي خود مي‌رسد و يك چرخه‌ي موج-نوسان كامل مي‌شود.

An extensive experimental study has been conducted to investigate the performance and stability of a supersonic axisymmetric mixed compression air intake designed for a free stream Mach number of 2.0. Unstable flow conditions, where the self-sustained oscillations of the shock waves occur have been studied in this investigation. Aside from the buzz triggering mechanism, the paper describes the flow phenomenon sequences during the buzz cycle by means of the shadowgraph pictures and via high frequency pressure transducers. Results showed that the pressure inside the intake decreases and increases sequently during the buzz cycle. The intake becomes almost empty (its mass flow rate decreases) as the shock wave moves upstream toward the intake tip. When the shock waves stand at its most upstream location, the pressure inside the intake reaches its minimum value. This low pressure condition causes the shock wave to move toward the intake and consequently the intake pressure increases again. As the pressure inside the intake increases, the shock wave moves upstream. The intake pressure reaches its maximum value when the shock wave stands at the intake entrance and the buzz cycle is then completed.