히트 실드

Heat shield

히트 실드는 과열로부터 물체를 보호하기 위해 설계되어 있습니다.방열, 반사, 흡수, 또는 단순히 서서히 타오르고 항공기에서 떨어져 나가 여분의 열을 끌어당깁니다.이 용어는 배기열 관리 및 마찰로 인한 열 방산 시스템에 대해 가장 자주 사용됩니다.

동작 원리

히트 실드는 두 가지 주요 메커니즘에 의해 극한 온도 및 열 구배로부터 구조물을 보호합니다.열방사를 통해 열을 외부로 방출하면서 각각 높은 외부 표면 온도로부터 기초 구조물을 격리하는 단열재 및 복사 냉각.뛰어난 기능을 실현하기 위해 히트 실드에 필요한 세 가지 특성은 낮은 열 전도율(고열 저항), 높은 방사율 및 우수한 열 안정성(굴절성)[1]입니다.세라믹스의 우수한 열 안정성, 다공질 재료의 단열성 및 HEC가 제공하는 우수한 복사 냉각 효과 때문에 이러한 세 가지 특성을 해결하기 위해 고방사성 코팅(HEC)을 사용하는 다공질 세라믹스가 종종 사용됩니다.

사용하다

자동차

내연기관에서 방출되는 열이 많기 때문에 대부분의 엔진에서는 열 손상으로부터 구성 요소와 차체를 보호하기 위해 히트 실드가 사용됩니다.효과적인 히트 실드는 보닛 아래의 온도를 낮추어 흡기 온도를 낮춤으로써 성능상의 이점을 제공할 수 있습니다.히트 실드는 가격이 천차만별이지만 대부분 스테인리스 클립이나 고온 테이프로 쉽게 장착할 수 있습니다.자동차용 히트 실드에는 크게 두 가지 유형이 있습니다.

  • 강성 차폐는 최근까지 단단한 강철로 만들어졌지만 현재는 알루미늄으로 만들어지는 경우가 많습니다.일부 고급 강성 히트 실드는 알루미늄 시트 또는 기타 복합 재료로 만들어지며, 단열성을 개선하기 위해 세라믹 열 장벽 코팅이 되어 있습니다.
  • 플렉시블 히트 실드는 일반적으로 얇은 알루미늄 시트로 제조되며, 납작하거나 롤 형태로 판매되며, 피팅터에 의해 손으로 구부러집니다.고성능 플렉시블 히트 실드에는 플라즈마 분무로 도포되는 세라믹 절연재 등 추가 기능이 포함되어 있는 경우가 있습니다.이러한 최신 제품은 포뮬러 원과 같은 최고급 모터스포츠에서 흔히 볼 수 있습니다.
  • 배기, 터보, DPF 또는 기타 배기 구성 요소와 같은 다양한 구성 요소에 사용되는 직물 방열판입니다.

그 결과 엔진 튜닝 단계에서 아마추어와 전문 인력 모두 히트 실드를 장착하는 경우가 많습니다.

히트 실드는 엔진 마운트 환기구 냉각에도 사용됩니다.차량이 고속일 때는 후드 아래 엔진실을 냉각하기에 충분한 램 공기가 존재하지만, 차량이 저속 주행 중이거나 경사로를 오르내릴 때는 엔진 열을 단열하여 엔진 마운트 등 주변의 다른 부품으로 전달해야 합니다.적절한 열 분석 및 히트 실드의 사용을 통해 엔진 마운트 환기구 [2]성능을 최적화할 수 있습니다.

항공기

콩코드나 SR-71 블랙버드와 같은 일부 고속 항공기는 우주선에서 일어나는 것과 비슷하지만 더 낮은 과열을 고려하여 설계되어야 한다.콩코드의 경우 알루미늄 노즈는 최대 127°C(영하인 외부 공기보다 180°C 높음)의 작동 온도에 도달할 수 있습니다. 피크 온도와 관련된 야금학적 결과는 최대 항공기 속도를 결정하는 데 중요한 요인이었습니다.

최근에는 RCC보다 우수할 수 있는 신소재가 개발되고 있다.시제품인 SHARP(Slender Hypervelocity Airothermodynamic Research Probe)는 지르코늄 이보라이드(ZrB2)와 하프늄 이보라이드(HfB2)[3]와 같은 초고온 세라믹스를 기반으로 한다.이러한 재료에 기반한 열 보호 시스템은 해수면에서는 마하 7, 35000m에서는 마하 11의 속도에 도달할 수 있으며 극초음속용으로 설계된 차량의 경우 상당한 개선을 가능하게 한다.사용되는 재료는 0°C ~ + 2000°C 범위의 온도에서 열 보호 특성이 있으며, 녹는점은 3500°C 이상입니다.또한 RCC보다 구조적으로 내성이 높기 때문에 추가 보강이 필요하지 않으며 흡수된 열을 재조사하는 데 매우 효율적이다.NASA는 2001년에 [4][5]몬태나 대학을 통해 이 보호 시스템을 테스트하기 위한 연구 개발 프로그램에 자금을 지원(그 후 중단)했습니다.

유럽위원회는 연구 프로젝트인 C3에 자금을 지원했다.2016년 NMP-19-2015 연구 및 기술 개발을 위한 프레임워크 프로그램(Framework Programs for Research and Technology Development)의 요청에 따라 HARME는 엄격한 항공 우주 환경에서의 용도에 적합한 탄화 규소 섬유와 탄소 섬유로 보강된 새로운 등급의 세라믹 매트릭스 복합물의 설계, 개발, 생산 및 테스트를 위해 진행 중입니다.nts를 [6]클릭합니다.

우주선

주요 기사:대기권 진입 thermal 보온시스템 및 에어로셸
다음 항목도 참조하십시오.대기권 진입 및 재사용 가능 발사 시스템
버지니아 항공우주센터에 전시된 아폴로 12 캡슐(사용 후)의 열차폐
스페이스 셔틀에 사용되는 열흡입 공기역학 히트 실드.

지구, 화성, 금성과 같은 대기가 있는 행성에 착륙하는 우주선은 현재 대기권에 진입하는 속도를 늦추기 위해 로켓의 힘이 아닌 공기 저항에 따라 고속으로 진입한다.이 대기권 재진입 방법의 부작용은 공기역학적 가열이며, 이것은 보호되지 않거나 결함이 있는 [7]우주선의 구조에 매우 파괴적일 수 있습니다.공기역학적 히트 실드는 열을 방출하는 특수 재료의 보호층으로 구성됩니다.다음과 같은 두 가지 유형의 공기역학적 히트 실드가 사용되었습니다.

미국([9]Low Earth Flight Test Inflatable Deletlerator - LOFTID)[8]과 중국이 개발한 팽창식 방열판을 통해 우주 발사 시스템과 같은 일회용 로켓은 값비싼 엔진을 회수하기 위해 방열판을 장착하는 것으로 간주되어 발사 비용을 [10]크게 절감할 수 있다.

수동 냉각

수동 냉각 프로텍터는 대기권 진입 시 우주선을 보호하여 열 피크를 흡수하고 대기권에 저장된 열을 조사하기 위해 사용됩니다.초기 버전에는 티타늄, 베릴륨, 구리와 같은 상당한 양의 금속이 포함되어 있었다.이로 인해 차량의 질량이 크게 증가했습니다.열흡수 및 회음시스템이 선호되게 되었다.

수성 캡슐 설계(타워와 함께 표시됨)는 원래 수동 냉각식 열 보호 시스템을 사용하기 위해 제공되었지만 나중에 애블 실드로 전환되었습니다.

그러나 최신 차량에서는 금속 대신 강화 탄소-탄소 소재를 사용합니다.이 재료는 우주왕복선의 앞부분과 코의 열 보호 시스템을 구성하며 X-33을 위해 제안되었다.탄소는 3825°C의 승화 온도(흑연의 경우)로 알려진 가장 내화성 물질입니다.이러한 특성으로 인해 수동 냉각에 특히 적합한 재료이지만 매우 비싸고 취약하다는 단점이 있습니다.일부 우주선은 또한 대형 로켓 엔진에서 발생하는 열로부터 연료 탱크와 장비를 보호하기 위해 (기존 자동차용) 방열판을 사용한다.그러한 방패는 아폴로 서비스 모듈과 달 착륙선 하강 단계에서 사용되었다.

산업

방열판은 반자동 또는 자동 소총과 산탄총에 총신이 쉬라우드될 때 부착되는 경우가 많은데, 이는 연속 발사로 인한 열로부터 사용자의 손을 보호하기 위해서이다.그들은 또한 총검을 [citation needed]사용하면서 총신을 잡을 수 있게 해주는 펌프 액션 전투용 산탄총에 종종 부착되어 왔다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Shao, Gaofeng; et al. (2019). "Improved oxidation resistance of high emissivity coatings on fibrous ceramic for reusable space systems". Corrosion Science. 146: 233–246. arXiv:1902.03943. doi:10.1016/j.corsci.2018.11.006. S2CID 118927116. Archived from the original on 2021-10-01. Retrieved 2019-01-11.
  2. ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2016-09-14. Retrieved 2016-01-13.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  3. ^ "Ultra-High Temperature Ceramics: Materials for Extreme Environment Applications". doi:10.1002/9781118700853.
  4. ^ "Copia archiviata" (PDF). Archived from the original (PDF) on 15 December 2005. Retrieved 9 April 2006.
  5. ^ 2015년 10월 16일 Wayback Machine에서 보관된 샤프 구조 홈페이지
  6. ^ "c³harme". c3harme.eu. Archived from the original on 2020-08-06. Retrieved 2018-03-27.
  7. ^ "Dynamics of Atmospheric Rentry". Archived from the original on 2018-07-08. Retrieved 2016-08-23.
  8. ^ Marder, Jenny (3 July 2019). "Inflatable Decelerator Will Hitch a Ride on the JPSS-2 Satellite". NOAA. Archived from the original on 1 October 2021. Retrieved 30 October 2019.
  9. ^ Xinhua Editorial Board (5 May 2020). ""胖五"家族迎新 送新一代载人飞船试验船升空——长征五号B运载火箭首飞三大看点 (LM5 Family in focus: next generation crewed spacecraft and other highlight of the Long March 5B maiden flight)". Xinhua News (in Chinese). Archived from the original on 7 August 2020. Retrieved 29 October 2020.
  10. ^ Bill D'Zio (7 May 2020). "Is China's inflatable space tech a $400 Million Cost savings for NASA's SLS?". westeastspace.com. Archived from the original on 10 May 2020. Retrieved 29 October 2020.