The Effect of an Aircraft Forebody on the Performance of a Y-Duct Inlet in High Subsonic Flow

Abstract

Many single-engine jet aircraft use twin-scoop Y-duct inlets to route external air to an embedded gas turbine engine. Despite Y-ducts being common to many aircraft types, both present and historical, there exists a distinct lack of research into the influence of an aircraft forebody on their performance at high subsonic speeds. In this work, a representative double-offset Y-duct was designed for a slender body aircraft operating in the high subsonic regime. Two test articles were designed based on this duct and subsequently fabricated: the isolated Y-duct, and a representative air vehicle model integrating the Y-duct design. Angle-of-attack and yaw of the vehicle model were adjustable. Both test articles were tested in the RMC trisonic wind tunnel, the isolated Yduct at Ma=0.80 and Ma=0.63, and the air vehicle at Ma=0.8. Both articles used different experimental setups. Static pressure measurements were made along four main meridians of the isolated Y-duct while total pressure and swirl data were also recorded at the duct exhaust. The embedded Y-duct allowed total pressure measurements to be taken at the duct exhaust to compare total pressure results with those of the isolated Y-duct. Without incidence and yaw angles on the model, the embedded duct experienced just over a 4% increase in total pressure loss compared to the isolated duct at Ma=0.63. The highest angle-of-attack investigated, 8°, was found to increase total pressure recovery 4.1% compared to no angle-of-attack or yaw. At 8° angle-of-attack and 4° yaw this increase was found to be 5.4% compared to 0° angle-of-attack and 4° yaw. No trends in traditional pressure distortion coefficients at the Y-duct exhaust were noted with angle-of-attack for both 0° and 4° yaw. Total pressure non-uniformity at the duct exhaust was found to increase at 4° yaw. The data acquired from the experimental test campaign highlighted the profound impact a forebody has on the performance of a Y-duct. This work provides a baseline for understanding these effects and also guidance for the design and implementation of Y-ducts in future high subsonic applications.

De nombreux avions à réaction monomoteurs utilisent des entrées d’air en Y à deux bouches pour acheminer l’air extérieur vers la turbine à gaz intégré. Il existe un manque flagrant de recherche sur l’influence de l’avant-corps d’un aéronef sur les performances à des vitesses subsoniques élevées des conduits en Y, bien qu’ils soient communs à de nombreux types d’aéronefs, actuels et anciens. Dans ce travail, un conduit en Y à double bouches représentatif a été conçu pour un aéronef à corps élancé opérant en régime subsonique élevé. Deux articles d’essai ont été conçus sur la base de ce conduit et fabriqués par la suite : le conduit en Y isolé et un modèle de véhicule aérien représentatif intégrant la conception du conduit en Y. Les deux articles ont été testés dans la soufflerie trisonique du CMR, le conduit en Y isolé à Ma = 0,8 et Ma = 0,63, et le véhicule aérien à Ma = 0,8. Deux montages expérimentaux différents ont été utilisés pour chaque article. Des mesures de pression statique ont été effectuées le long des quatre méridiens principaux de la conduite en Y isolée, ainsi que la pression totale et le tourbillonnement ont été enregistrées à l’échappement cette conduite. Des mesures de pression totale à la sortie de la conduite en Y encastrée furent comparée aux résultats de la pression totale de la conduite en Y isolée. Le conduit encastré a connu une augmentation d’un peu plus de 4% de la perte de pression totale par rapport au conduit isolé à Ma=0,63 pour les essais sans angles d’attaque et de lacet. L’angle d’attaque le plus élevé étudié, soit 8°, montre une augmentation la récupération de la pression totale de 4,1% par rapport à celle sans angle d’attaque ou de lacet. Avec un angle d’attaque de 8° et un lacet de 4°, l’augmentation est de 5,4% par rapport à celle sans angle d’attaque et 4° de lacet. Aucune tendance dans les coefficients traditionnels de distorsion de la pression à l’échappement du conduit en Y n’a été observée en fonction de l’angle d’attaque, tant pour un angle d’attaque de 0° que pour un lacet de 4°. On a constaté que la non-uniformité de la pression totale à l’échappement du conduit augmentait à un angle d’attaque de 4°. Les données obtenues lors des essais expérimentaux ont mis en évidence l’impact profond de l’avant-corps sur les performances d’un conduit en Y. Ce travail fournit une base pour la compréhension de l’impact d’un corps avant sur les performances du conduit. Ce travail fournit une base pour la compréhension de ces effets ainsi que des conseils pour la conception et la mise en oeuvre des conduits en Y dans les futures applications subsoniques élevées.