Il design del muso dell'aereo, come qualsiasi altra parte, è il risultato dell'ottimizzazione in risposta a una serie di fattori. Il Mikoyan-Gurevich MiG-21 "Fishbed" è un caccia / intercettore sovietico supersonico di seconda / terza generazione.

Il primo aereo a reazione ad entrare in servizio durante la seconda guerra mondiale, il Messerschmitt Me 262 'Schwalbe ' e Gloster Meteor avevano due motori nelle ali. In questi casi, il muso era progettato per trasportare i cannoni, che all'epoca erano l'armamento principale.

^{" Messerschmitt Me 262A al Museo Nazionale dell'USAF "dal museo USAF - http://www.nationalmuseum.af.mil/shared/media/photodb/photos/040820-F-1234P-081.jpg. Licenza di dominio pubblico tramite Commons.}

I caccia a reazione di prima generazione, come F-86 e Mig-15 erano subsoniche e avevano motori sepolti nella fusoliera per ridurre la resistenza. Il naso portava ancora i cannoni (nel caso del Mig-25, nella fusoliera inferiore).

^{" F86Sabre "di Kowloonese su Wikipedia in lingua inglese è concesso in licenza con CC BY-SA 3.0}

Tuttavia, gli aerei a reazione di seconda generazione furono i primi jet operativi a diventa supersonico. Il Mig-21 è stato progettato in risposta a una specifica del Cremlino, che richiedeva velocità di livello Mach 2 (in quota), mentre trasportava un semplice radar e un'opzione per futuri missili aria-aria.

Come il i motori a reazione richiedono che il flusso d'aria sia subsonico all'ingresso, il flusso deve essere rallentato prima di raggiungere il motore. All'inizio del progetto (da Ye-50-3), Mig decise di utilizzare un corpo centrale conico per questo scopo, poiché fu deciso che l'aereo sarebbe stato monomotore con motore nella fusoliera (il motore doveva essere il Mikulin AM-9B, tuttavia, l'aereo ha finito per utilizzare Tumansky R-11).

Questo design del naso ha decelerato il flusso utilizzando due shock obliqui e uno normale, fornendo un migliore recupero della pressione a numeri di Mach supersonici elevati. Il corpo centrale (cono) si muoveva assialmente in base al numero di Mach. Inoltre, il corpo centrale ospitava il radar e le apparecchiature associate.

I Mig 21 di prima generazione avevano solo un telemetro e il diametro di aspirazione aveva un cono più piccolo.

" Mig21F13web" di Newresid stephanelhernault@yahoo.fr - Proprio lavoro lavoro vettoriale drawig travail personale dessinn vectoriel. Con licenza CC BY-SA 3.0 tramite Commons. (Immagine ritagliata)

L'immagine seguente mostra il telemetro utilizzato nei primi modelli di Mig 21.

" MiG-21F-13 radar Keski-Suomen ilmailumuseo" di MKFI - Opera propria. Concesso in licenza di dominio pubblico tramite Wikimedia Commons.

Le foto che hai mostrato provengono dalle versioni successive (Mig-21 bis da IAF), che avevano i radar del Famiglia "Sapphire". Per inserire l'antenna radar nel cono, il cono doveva essere ingrandito, quindi tutta la fusoliera anteriore doveva essere ridisegnata, il diametro di presa era più alto di oltre 200 mm e il cono stesso si allungava, si allargava e si muoveva in avanti.

" Mig21fishbedHfamilyweb" di Newresid stephanelhernault@yahoo.fr - Lavoro proprio lavoro disegno vettoriale travaglio personale dessin vectoriel. Con licenza CC BY-SA 3.0 tramite Commons. (Immagine ritagliata)

La figura seguente mostra la sezione del cono di prua ingrandita che ospita il radar. È interessante notare che il cono del naso sembra essere fatto di legno (con punta metallica) per evitare interferenze.

Fonte: toad-design. com

Un certo numero di aeromobili di quel periodo avevano prese con corpo conico, come il British Electric Lightning.

" Lightning.inflight.arp.750pix" di Arpingstone - Opera propria. Licenza di dominio pubblico tramite Commons.

L'F-16, invece, ha un semplice e normale diffusore di urti. Al tempo dell'F-16, i radar erano diventati più grandi e più importanti (gli AAM sono diventati l'arma da combattimento principale, sostituendo le pistole) e avevano bisogno di più spazio nel naso. Di conseguenza, gli ingressi della maggior parte dell'aereo si erano spostati lateralmente / verso il basso. La figura seguente mostra il radar AN / APG-68 nell'F-16.

Fonte: defenceindustrydaily.com

Molti dei primi aerei a reazione avevano l'aspirazione nel muso. Ecco alcuni altri esempi:

Il cono nella parte anteriore è necessario perché il Mig-21 è un aereo supersonico. Il cono rompe l'onda d'urto in modo che l'aria in ingresso sia sub-sonica. L'SR-71 è un tipo di aereo molto diverso, ma puoi vedere che i suoi motori hanno uno stile di ingresso molto simile:

La filosofia progettuale che ha portato ad allontanarsi dall'aspirazione del muso era di adattare un potente radar all'aereo, che a sua volta era una conseguenza del passaggio dai cannoni ai missili aria-aria come armamento principale degli aerei da combattimento.

La maggior parte dei progetti della fine degli anni Quaranta e dei primi anni Cinquanta non consideravano potenti radar nei singoli velivoli, ma erano basati su radar terrestri e comunicazioni radio per dirigere l'aereo verso i loro avversari. Gran parte di quella strategia era un'estrapolazione dalla seconda guerra mondiale, dove furono intercettati grandi gruppi di bombardieri.

Negli anni Cinquanta, i progressi nell'elettronica e nella propulsione a razzo resero possibili missili aria-aria, e gradualmente gli aerei da combattimento si ritrovarono nel ruolo di stazioni di terra, esplorando in profondità un ampio spazio e dirigendo i loro missili verso singoli bersagli, proprio come i radar di terra avevano fatto con i caccia negli ultimi anni della seconda guerra mondiale. La portata e le prestazioni del radar richiedevano una grande parabola nel muso dell'aereo e l'aspirazione doveva spostarsi ai lati. Parallelamente, l'aumento del carico di lavoro per i singoli aeromobili ha portato a progetti a due posti, in cui il sistema radar era gestito da un back-seater dedicato.

Nota che il MiG-21 o il BAC Lightning avevano un radar nel cono del naso, ma questo era un radar molto piccolo per l'orientamento locale e non adatto per rilevare più bersagli a più di 100 km di distanza e dirigendo armi guidate.

Per quanto riguarda il motivo per cui l'assunzione è stata modellata così com'è, leggi questa risposta qui su Stack Exchange sul design di supersonico prese.

F-100 Super Sabre nordamericano (immagine fonte). Proprio come il MiG-21, questo è stato progettato per essere guidato da terra e ingaggiare il nemico in condizioni visive.

Convair F-106 Delta Dart (immagine fonte). Questo è stato il primo caccia progettato per utilizzare i missili come arma primaria. Il suo sistema radar era estremamente complesso, combinando risorse di bordo e di terra, per operazioni in qualsiasi condizione atmosferica utilizzando missili a lunga distanza, inclusa una versione con punta nucleare da utilizzare contro formazioni di bombardieri di grandi dimensioni.

Solo per non pensare che Mikoyan non tenterebbe di integrare radar più grandi (immagine fonte): Ye-8 un prototipo ha cambiato l'assunzione in un'aspirazione pancia in stile F-16 per fare spazio nel naso a un radar Sapfir 21, che ha permesso al MiG-21 di impegnare bersagli in tutte le condizioni meteorologiche e di notte. Il primo volo fu nell'aprile del 1962, ma non seguì alcuna produzione.

McDonnell-Douglas F-4 Phantom II (immagine fonte). Solo un decennio dopo l'F-100, il muso è stato progettato attorno a una parabola radar da 81 cm e l'aereo ha ottenuto un operatore radar dedicato per ingaggiare gli aerei nemici senza supporto a terra e in tutte le condizioni meteorologiche. Ora, si può affermare che le sue prese laterali erano una conseguenza dell'utilizzo di due motori, ma l'F-106 utilizzava un solo motore e aveva ancora prese laterali simili.

Radar del Phantom II (immagine fonte)

I progressi nel controllo del computer riducono il carico di lavoro e le dimensioni dell'aereo, quindi l'F-16 può essere azionato da una sola persona e porta comunque un radar abbastanza potente per operazioni indipendenti in qualsiasi condizione atmosferica.

È l'aspirazione del motore a reazione che gli conferisce quella forma, un buon numero di aerei da combattimento a reazione precedenti aveva quella configurazione. La parte appuntita è il cono dell'ammortizzatore quando l'aereo vola supersonico in modo che l'ammortizzatore non interferisca con l'aerodinamica dell'aereo, specialmente all'interno del motore.

Immagine di USAF

Molti aerei supersonici dell'epoca avevano lo stesso tipo di assunzione, l'inglese Electic Lightning dalla sommità della mia testa:
^{EE Lightning F6 'XS904 / BQ' di Alan Wilson è concesso in licenza con CC BY-SA 2.0}
Il cono deve rallentare il flusso d'aria supersonico, in modo che l'aria sia relativamente calmo quando entra nella turbina, il che garantisce una combustione regolare. È nel naso in modo che il condotto dell'aria sia dritto, perché, senza modellazione al computer, ci sono voluti molti tentativi ed errori per progettare prese d'aria curve (ad esempio nelle ali).

Per essere estremamente semplici senza entrare troppo nel design tecnico.

Permette al motore di respirare ad alte velocità.

Noterai che davanti ad una velocità elevata ventilatore o refrigeratore sarà estremamente difficile per te respirare, prova a mettere la testa fuori dall'auto e respira quando viaggi a 60 mph, sarà molto più difficile respirare rispetto a fare lo stesso mentre viaggi a 20 mph.

È lo stesso principio, poiché non è possibile ridurre la velocità del velivolo per consentirgli di respirare, il cono agisce come una mano davanti al naso a 60 mph che ti consentirà di respirare e mantenere la velocità.

Interrompe il flusso diretto dell'aria nel motore e riduce la velocità dell'aria a livelli subsonici che il motore può elaborare.

Curiosità: il design è già presente in natura ed è stato sollevato dal falco pellegrino.

[Colpo alla testa di Keven Law protetto da CC BY-SA 2.0]

Non sono un progettista di aerei, ma sono abbastanza sicuro di aver capito la filosofia di progettazione che ha portato a quel naso. L'aereo ha un motore, che è posizionato lungo l'asse centrale dell'aereo. Poiché è un motore a reazione, necessita di un'aspirazione. Il design di aspirazione più semplice è un tubo diritto. A causa del posizionamento del motore, questo pone l'ingresso dell'aspirazione proprio sul muso. Come altri hanno già detto, il cono al centro dell'ingresso è presente nel MiG-21 ma non, ad esempio, nell'F-86 Sabre, perché il MiG-21 è un aereo supersonico e l'F-86 no .

Il Super 7, un J-7 aggiornato, il MiG-21 cinese, aveva un nuovo naso e prese d'aria. Fondamentalmente, un F-20 Tigershark innestato sulla fusoliera di un J-7 (i Grumman erano consulenti del progetto). Come tale, puoi, in effetti, vedere un MiG-21 con un naso più moderno.

L'avvio del radar lungimirante ha creato la necessità di un nasello sugli aeromobili che avevano già un ingresso centrato. Con l'evoluzione delle dimensioni e della complessità del radar, anche il requisito di un cono di prua integrato si è evoluto. Questo permette anche di progettare gli ingressi singoli o divisi.

Come accennato in precedenza, è una soluzione di design efficace per il posizionamento di un'antenna per un radar antincendio e un diffusore supersonico per un'aspirazione di getto tutto in un unico pacchetto che riduce al minimo la sezione trasversale frontale del velivolo, riducendo la resistenza. Poiché i missili BVR SARH e TARH sono diventati più onnipresenti come armi aria-aria, ciò ha reso necessaria un'antenna sempre più grande per il radar di controllo del fuoco impostato per aumentare la portata in cui il radar poteva acquisire e tracciare i bersagli, costringendo il posizionamento delle prese del motore altrove in l'aereo per massimizzare lo spazio disponibile sul muso dell'aereo per questi FCR.

Il cono o la punta del naso è progettato per prendere l'aria supersonica e rallentarla fino a subsonica in modo che il motore a reazione possa ingerirla. Il picco mig-21 si sposta in avanti e indietro in base alla velocità in modo molto simile all'SR-71, tranne per il fatto che lavorano all'opposto. Lo spike SR-71 parte in avanti e si sposta a poppa mentre l'aereo va più veloce per portare l'onda d'urto all'interno dell'ingresso. Lo spike mig-21 inizia a poppa e si sposta in avanti per mantenere l'onda d'urto fuori dall'ingresso mentre l'aereo va più veloce perché è un ingresso di compressione esterno. Il Convair B-58 Hustler era allo stesso modo. La maggior parte degli aerei supersonici, incluso il Concorde, hanno prese di compressione esterne che limitano la loro velocità a Mach 2. Hanno la capacità di andare più veloci ma sopra Mach 2 consumano molto carburante per essere efficienti.

Un punto non menzionato qui, ma cruciale per questa discussione, è il fatto ineludibile che, tutti gli altri fattori, ad esempio la sofisticazione della tecnologia, la "legge di Moore", ecc., considerati, l'efficacia di un radar, non diversamente dal obiettivo di una fotocamera, è determinato dalle dimensioni fisiche dell'antenna, con prestazioni che aumentano in modo ESPONENZIALE (!!!), maggiore è il diametro. Questo è il motivo per cui sia il MiG-29 che la serie Sukhoi Su-27/35 hanno tutti nasi così grandi e bulbosi, per compensare meglio una carenza nel design del chip e quindi prestazioni e capacità elettroniche generali. Inutile dire che, essendo una legge fondamentale della fisica, due oggetti non possono occupare lo stesso spazio contemporaneamente, più grande è l'antenna e il suo radome che lo accompagna, minore è lo spazio disponibile, circonfirenzialmente parlando, per la consegna dell'aria al motore, le cui esigenze in tal senso, non possono essere compromesse. Di conseguenza, e con ENTRAMBI i requisiti (!!) in aumento, qualcuno doveva spostarsi, e, con l'antenna radar che, per ovvie ragioni, "first dibs" sul muso dell'aereo, gli ingressi dovevano "riposizionarsi" per ai fianchi. ala, F-102, F-104, F-105, F-106 e F-4, F-111, F-114, F-15, ecc., per non parlare di Migs da "23" a "31"! Potrei dire "Lightning" sostituito da "Typhoon" o "Mirage" da "Rafale", ma hai capito.