مخروط المدخل

تُعدّ مخاريط المدخل (وتُسمى أحيانًا مخاريط الصدمة أو أجسام المدخل المركزية ^{[ 1 ]} ) أحد مكونات بعض الطائرات والصواريخ الأسرع من الصوت . وتُستخدم بشكل أساسي في المحركات النفاثة الضاغطة ، مثل طائرة D-21 Tagboard وطائرة Lockheed X-7 . كما تستخدم بعض الطائرات النفاثة التوربينية، بما في ذلك Su-7 و MiG-21 و English Electric Lightning و SR-71، مخروط مدخل. ويُقابل مخروط المدخل في المداخل الدائرية/المتناظرة محوريًا ما يُماثله في منحدر المدخل للمداخل ثنائية الأبعاد/المستطيلة.

يُعدّ مخروط المدخل، كجزء من مدخل من نوع أوزواتيتش المستخدم في الطائرات أو الصواريخ الأسرع من الصوت، السطح ثلاثي الأبعاد الذي يحدث عليه ضغط الهواء الأسرع من الصوت لمحرك التوربينات الغازية أو غرفة احتراق المحرك النفاث عبر موجات الصدمة المائلة . ويؤدي إبطاء الهواء إلى سرعات فوق صوتية منخفضة باستخدام موجات الصدمة المائلة الناتجة عن المخروط إلى تقليل فقدان الضغط الكلي (زيادة استعادة الضغط). كما يحدد المخروط، إلى جانب حافة غطاء المدخل، المساحة التي تنظم تدفق الهواء الداخل إلى المدخل. إذا كان التدفق أكبر من المطلوب للمحرك، فقد يحدث عدم استقرار في موضع الصدمة (طنين). أما إذا كان أقل من المطلوب، فإن استعادة الضغط تكون أقل، مما يقلل من قوة دفع المحرك. ^{[ 2 ]}

يمكن استخدام مدخل مخروطي الشكل لتزويد معدات المحرك النفاث بالضغط العالي والتي عادة ما يتم تشغيلها بواسطة عمود في محرك توربيني، على سبيل المثال لتشغيل مضخات التوربين لمضخة الوقود في محرك بريستول ثور النفاث والطاقة الهيدروليكية في صاروخ بريستول بلودهاوند .

تُختار زاوية المخروط بحيث تتطابق الموجة الصدمية المتكونة على قمته مع حافة غطاء المحرك عند ظروف التصميم للمدخل (سرعة ماخ 1.7 لمدخل محرك إنجلش إلكتريك لايتنينج ^{[ 3 ] ). يسمح هذا للمدخل بمرور أقصى تدفق للهواء وتحقيق أقصى استعادة للضغط. [ 4 ]} قد تتطلب سرعة تصميم أعلى موجتين صدميتين مائلتين مركزتين على الحافة للحفاظ على استعادة ضغط مقبولة وتمرير أقصى تدفق للهواء. في هذه الحالة، يلزم استخدام مخروط ثنائي المخروط بزاوية 24 و31 درجة ( يحتوي محرك بريستول ثور النفاث على زاويتين عند سرعة تصميم 2.5 ماخ). ^{[ 5 ]} بالنسبة للسرعات الأعلى، يمكن استخدام انتقال أكثر سلاسة بين زوايا المخروط فيما يُعرف بالارتفاع المتساوي الإنتروبيا ( محرك ماركوارت RJ43 النفاث). ^{[ 6 ]}

قد يكون الجسم المخروطي عبارة عن جسم مركزي مخروطي كامل في مدخل دائري ( MiG-21 )، أو نصف مخروط في مدخل جانبي لجسم الطائرة ( Lockheed F-104 Starfighter )، أو ربع مخروط في مدخل جانبي لجسم الطائرة/أسفل الجناح ( General Dynamics F-111 Aardvark ).

الجزء الخلفي من المخروط، الذي يتجاوز قطره الأقصى، والمواجه للخلف وغير المرئي داخل القناة، مصمم لسبب مشابه للجزء الأمامي البارز. المخروط المرئي هو ناشر فوق صوتي يتطلب فقدانًا منخفضًا في الضغط الكلي، أما الجزء الخلفي الانسيابي، بالإضافة إلى المظهر الجانبي للسطح الداخلي للقناة، فيشكل ناشرًا دون صوتي، ويتطلب أيضًا فقدانًا منخفضًا في الضغط الكلي مع تباطؤ الهواء إلى رقم ماخ عند مدخل الضاغط.

عند أرقام ماخ أقل من 2.2 تقريبًا، يتم ضغط الصدمة بالكامل خارجيًا. أما عند أرقام ماخ الأعلى، فيجب أن يحدث جزء من الانتشار فوق الصوتي داخل القناة، وهو ما يُعرف بالضغط الخارجي/الداخلي أو الضغط المختلط. في هذه الحالة، يستمر الجزء الخلفي من السطح المخروطي الأمامي، جنبًا إلى جنب مع المظهر الجانبي للسطح الداخلي للقناة، في الانتشار فوق الصوتي مع صدمات مائلة منعكسة حتى الصدمة العمودية النهائية. في حالة طائرة لوكهيد SR-71 بلاك بيرد، حيث يحدث جزء من الضغط فوق الصوتي داخل القناة، تم تقويس السطح المخروطي والسطح الداخلي للغطاء لتحقيق ضغط متساوي الإنتروبيا تدريجيًا. ^{[ 7 ]} كما أن لمخروط المدخل مواضع محورية مختلفة للتحكم في كيفية تغير مساحة الالتقاط مع مساحة عنق القناة الداخلية. وللحصول على أفضل أداء للمدخل، تزداد نسبة المساحة المطلوبة مع زيادة رقم ماخ للطيران، ومن هنا تأتي حركة مخروط المدخل الكبيرة في طائرة SR-71 التي كان يجب أن تعمل بكفاءة من السرعات المنخفضة إلى 3.2 ماخ. في طائرة SR-71، يتحرك المخروط للخلف عند السرعات العالية. ^{[ 7 ]}

عند سرعات الطيران دون سرعة الصوت، يعمل المدخل المخروطي بشكل مشابه لمدخل بيتوت أو ناشر الهواء دون سرعة الصوت. ولكن، عندما تتجاوز المركبة سرعة الصوت، تظهر موجة صدمية مخروطية تنبعث من قمة المخروط. تقل مساحة التدفق عبر الموجة الصدمية، مما يؤدي إلى انضغاط الهواء. ومع ازدياد رقم ماخ للطيران، تصبح الموجة الصدمية المخروطية أكثر ميلًا، وتصطدم في النهاية بحافة المدخل.

مع زيادة سرعة الطيران، يصبح استخدام مخروط متحرك ضروريًا لتحقيق ضغط فوق صوتي أكثر كفاءة على نطاق أوسع من السرعات. فمع ازدياد سرعة الطيران، في مدخل المخروط المتحرك فوق الصوتي من نوع أوزواتيتش النموذجي، يُحرَّك المخروط للأمام (كما في طائرة ميغ-21)، أما في مدخل المخروط من نوع آخر (كما في طائرة إس آر-71)، فيُحرَّك للخلف أو إلى داخل المدخل. في كلتا الحالتين، وبسبب شكل سطح المخروط وسطح القناة الداخلية، تقل مساحة التدفق الداخلي بالقدر اللازم لمواصلة ضغط الهواء فوق الصوتي. يُسمى الضغط الحاصل في هذا المسار "الضغط الداخلي" (مقارنةً بـ"الضغط الخارجي" على المخروط). عند أدنى مساحة تدفق، أو ما يُعرف بالحلقة، تحدث صدمة عمودية أو مستوية. ثم تزداد مساحة التدفق للضغط دون الصوتي، أو الانتشار، وصولًا إلى وجه المحرك.

عادةً ما يتم التحكم في موضع المخروط داخل مدخل الهواء تلقائيًا للحفاظ على الموجة الصدمية للطائرة في موقعها الصحيح أسفل عنق المدخل مباشرةً. قد تتسبب بعض الظروف، مثل اندفاع المحرك، في طرد الموجة الصدمية من مدخل الهواء، وهو ما يُعرف بتعطل المحرك .

تتميز بعض مداخل الهواء بجسم مركزي ثنائي المخروط ( كما في طائرة ميغ-21 ) لتشكيل موجتين صدميتين مخروطيتين، تتركزان على حافة المدخل. يُحسّن هذا من استعادة الضغط. تستخدم بعض الطائرات ( مثل BAC TSR-2 و F-104 وميراج 3 ) جسمًا مركزيًا شبه مخروطي. تحتوي طائرة F-111 على ربع مخروط يتحرك محوريًا، يليه قسم مخروطي متوسع. ولأن هذه المداخل عادةً ما توضع خلف مقدمة جسم الطائرة، فإنها تُركّب على مسافة (أي على لوحة فاصلة ) لتجاوز طبقة الحدود المضطربة لمقدمة جسم الطائرة ، وذلك للحد من تشوه التدفق.

تستخدم طائرات أخرى أسرع من الصوت، مثل الكونكورد ، وتو-144 ، وإف-15 إيجل ، وميج-25 فوكسبات ، وإيه -5 فيجيلانتي، ما يُسمى بمداخل ثنائية الأبعاد، حيث يكون غطاء المحرك مستطيلاً، ويحل منحدر سحب مسطح محل المخروطين المزدوجين. ويتم تعديل المنحدر أثناء الطيران لضمان وضع الصدمات المائلة في الموضع الصحيح لاستعادة الضغط بكفاءة؛ ويمكن أن يكون ضغط الهواء في هذه التصاميم فوق صوتي خارجيًا بالكامل، أو مختلطًا بين الخارجي والداخلي، وتُعد طائرة إكس بي-70 فالكيري مثالًا على النوع الأخير.

تستخدم بعض الطائرات الأسرع من الصوت الأخرى ( مثل يوروفايتر تايفون ) حافة سفلية متغيرة لغطاء المحرك ^{[ 8 ]} للعمل بزاوية هجوم عالية، ونظام تصريف (جدار مسامي) مُدمج في منحدر المدخل لتسهيل استقرار نظام الصدمة عند أرقام ماخ فوق الصوتية. ولتحسين تدفق المدخل (تقليل التشوه)، يُصرّف الهواء عبر فتحة تصريف المدخل على جانب المنحدر أسفل المدخل. يُنتج المنحدر، المفصول عن جسم الطائرة بواسطة مُحوِّل، صدمة مائلة لإبطاء التدفق. تقع الحافة الأمامية للوحة الفاصلة التي تفصل بين المدخلين أسفل هذه الصدمة المائلة. ^{[ 9 ]}

تستغني العديد من الطائرات الأسرع من الصوت ( مثل إف-16 فايتينغ فالكون وإف /إيه-18 هورنت ) عن جسمها المركزي المخروطي أو المنحدرات المتغيرة المعقدة، وتستخدم مدخل بيتوت بسيطًا ذو هندسة ثابتة ، وهو أخف وزنًا وأكثر متانة. يظهر صدمة عمودية قوية منفصلة أمام المدخل مباشرةً عند سرعات الطيران الأسرع من الصوت، مما يؤدي إلى ضعف استعادة الضغط، خاصةً عند أرقام ماخ العالية. كان هذا يُعتبر حلاً وسطًا مقبولًا للطائرات التي تعمل بشكل أساسي بسرعات دون صوتية وفوق صوتية، مع قفزات عابرة فقط فوق صوتية.

في الطائرات الحديثة، مكّنت التطورات في الديناميكا الهوائية من تصميم مداخل هواء ثابتة الشكل تُضاهي أداء مخاريط أو منحدرات مداخل الهواء المتغيرة، وذلك من خلال تشكيل دقيق لهندسة المدخل واستخدام ضغط المصب للتحكم في موضع الصدمات. ومن الأمثلة على ذلك منحدرات وأغطية مداخل الهواء ذات الشكل المائل (كما في طائرتي إف-22 رابتور وإف /إيه-18 سوبر هورنت )، والتي تحتوي على زوج من المنحدرات المائلة الثابتة ونظام تصريف في المصب للتحكم في الصدمات وتجنبها. مثال آخر هو مدخل الهواء فوق الصوتي بدون مُحوِّل ( كما في طائرة إف-35 لايتنينغ 2 )، والذي يحتوي على نتوء ضغط ثلاثي الأبعاد (غير متناظر محوريًا) يعمل بشكل مشابه لنصف مخروط ثابت لتجنب الصدمات مع تحويل طبقة الحدود الأمامية للجسم.

اختبرت وكالة ناسا بديلاً لمدخل الضغط المختلط (الخارجي/الداخلي)، اللازم للسرعات التي تتجاوز 2.2 ماخ تقريبًا (أما السرعات الأقل من ذلك فتُستخدم مداخل ذات ضغط خارجي بالكامل). يُعد مدخل الضغط المختلط عرضةً لتوقف التشغيل أو طرد الصدمة الداخلية إلى أمام المدخل. أما مدخل ناسا، الذي يُطلق عليه اسم المدخل البارامتري، فيُجري كل الضغط فوق الصوتي خارجيًا، ما يمنع حدوث أي صدمة داخل القناة في موقع قد يكون غير مستقر. ^{[ 10 ]}

• 
  مخروط البرق الثابت
• 
  مخروط ربعي للطائرة إف-111 سي
• 
  مخروط الترجمة Su-22
• 
  ميراج 5 نصف مخروط مترجم
• 
  مواضع المخروط المتحرك SR-71
• 
  محركات ماركوارت RJ43 النفاثة الضاغطة المزودة بشوكة انضغاطية متصلة بصواريخ بومارك
• 
  أونيكس P-800
• 
  صاروخ بازالت المضاد للسفن من طراز P-500

• فهرس مقالات الطيران
• محرك إيروسبايك
• شوكة هوائية لتقليل مقاومة الهواء
• تصميم مخروط الأنف
• لوحة فاصلة

• غروندلاغين دير جاسديناميك؛ كلاوس أوسواتيتش. سبرينغر، 1976.
• بينسون، ت. (2004). مؤشر الديناميكا الهوائية عالية السرعة . تم الاسترجاع في 19 نوفمبر 2004.
• إيدن، ب. وموينغ، س. (2002). تشريح الطائرات العسكرية الحديثة . دار النشر الفضائية المحدودة. رقم ISBN 1-58663-684-7.

الوسائط المتعلقة بمخاريط المدخل على ويكيميديا ​​كومنز