Что такое аэродинамический нагрев? Где можно наблюдать его последствия?
2 ответа:
Википедия даёт следующее определение, что такое аэродинамический нагрев:
Из определения следует подчеркнуть, что его возникновение присуще высокой скорости относительного движения твёрдого тела и воздуха, а поверхностное трение играет в этом процессе менее важную роль. При малых скоростях аэродинамический нагрев практически не заметен, когда происходит одно только трение о воздух, образующееся тепло уносится с воздушным потоком. Например, обычные самолёты, летая на высоте 9-12 километров при температуре -50°C, подвержены обледенению.
Совсем другая картина наблюдается при сверхзвуковых скоростях. Космические аппараты и сверхзвуковые самолёты столкнулись с проблемой теплового барьера, вызванным аэродинамическим нагревом. Температура разогрева поверхностей летательных аппаратов грозит разрушением материалов их конструкций. При этом наибольших значений она достигается в критических точках, расположенных на выступающих частях: входных кромках воздухозаборников и передних кромках крыльев.
То, что летательные аппараты на больших скоростях нагреваются от трения с воздухом является заблуждением. Когда скорость достигается 1 Маха и более, температура выделяется в основном от сжатия воздуха перед аппаратом. Скачок давления возникает в ударной волне, которая находится всего в нескольких миллиметрах от поверхности твёрдого тела.
Всё происходит в строгом соответствии с принципом сохранения энергии: кинетическая энергия потока преобразуется в тепловую, а повышение температуры прямо пропорционально квадрату скорости и обратно пропорционально высоте полета.
Пример плавления металлической модели цилиндра с полусферическим "носом" в результате аэродинамического нагрева. Скорость 6,9 махов, давление 34 атмосферы, температура 371°C, материал сплав Вуда:
Сплав Вуда был взят для наглядности, просто мощности аэродинамической трубы не хватает. Реальные же объекты не просто плавятся, они горят:
В настоящее время проблема теплового барьера решается техническими средствами с помощью применения теплостойких материалов, конструктивных решений, обеспечивающих необходимую теплоизоляцию, допустимую деформацию деталей и введением систем охлаждения кабины экипажа и отсеков оборудования.
В летательных аппаратах, движущихся при максимальной скорости М = 2,0-2,2 применяются дюралевые сплавы алюминия сохраняющие прочностные характеристики при небольшом повышении температуры. В аппаратах с М > 3 используются жаропрочные стальные сплавы. В конструкции самолетов применяется бериллий, а также композиционные материалы на базе волокон бора или углерода.
В теплозащите космических кораблей используются абляционные материалы, уменьшающие теплопередачу защищаемых поверхностей, основанную на уносе вещества с поверхности твёрдого тела и перестройке пограничного слоя.
Читайте также
По современным данным Млечный Путь, представляющий собой диск содержащий 200…400 млрд. звезд, имеет диаметр порядка 100000…120000 световых лет. Солнечная система расположена от его центра в пределах 28000 световых лет. Тогда свету покинуть галактику в плоскости диска потребуется 120000/2 - 28000=32000 лет. Толщина диска не превышает 1000 световых лет. Тогда радиосигнал с Земли покинет диск Млечного Пути в поперечном направлении в течение 500 лет.
