Перейти к содержанию

Тепловой барьер

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис

Тепловой барьер в сверхзвуковом транспорте, в частности при использовании сверхзвуковых самолётов, — проблема перегрева поверхности летательного аппарата от аэродинамического нагрева[англ.] при развитии сверхзвуковой скорости. Для решения применяются термобарьерные покрытия.

Впервые проблема теплового барьера проявила себя в 1960-е годы, в военной авиации; в СССР с ней первым столкнулось ОКБ Микояна[1].

При скорости полёта в 1 M температура в кабине повышалась на 50 °C относительно окружающей среды[2]. Точке преодоления звукового барьера соответствует значение температуры в +60 °С[3]. Такой нагрев проблем не создаёт. Но если скорость движения увеличивается до 2 М, значение температуры приближается уже к +250 °С. Скорость в 3 М приводит к нагреву воздушных потоков до 820 °С. Наконец, при 10 км/с практически любое тело начинает плавиться (пример – вхождение космического тела, такого как астероид или метеорит, в атмосферу Земли: подобные космические объекты относительно небольших размеров, как правило, движутся со скоростью более 10 км/с, и практически полностью сгорают в атмосфере вследствие нагрева до критической температуры).

Связанные с тепловым барьером проблемы зависят от скорости и высоты полёта, формы и материалов летательного аппарата, применяемого оборудования (систем охлаждения, кондиционирования и др.).

Нагрев самолёта происходит по двум причинам: от аэродинамического торможения воздушного потока и от тепловыделения двигательной установки. Процесс взаимодействия воздуха с обтекаемым твёрдым телом типичен для всех самолётов и связан с повышением температуры элементов конструкции двигателя, воспринимающих тепло от воздуха, сжатого в компрессоре, а также от продуктов сгорания. При полёте на большой скорости внутренний нагрев самолёта происходит от воздуха, тормозящегося в воздушном канале перед компрессором.

Уровень теплового барьера для сверхзвуковых самолётов определяется интенсивностью нагрева поверхности, обтекаемой потоком воздуха — внешним аэродинамическим нагревом, который зависит от скорости полёта, вязкости воздуха, а также формы поверхности, столкновение с которой его сжимает.

Полёт с гиперзвуковыми скоростями в неразреженном воздухе экономически невыгоден[4].

См. также

Примечания

  1. «Генерал звёздных войн» (Телестудия Роскосмоса)
  2. Тепловой барьерАрхивная копия от 5 ноября 2019 на Wayback Machine (Инженер-подполковник С. Копалин) // "Современная военная техника", 1957
  3. Л. Д. Ландау, А. И. Китайгородский. «Физика для всех» И. «Наука», М. 1974
  4. Шаталов В. На самолете в космос // Наука и жизнь №11, 1974