Tepelný štít

AutomotiveEdit

Vzhledem k velkému množství tepla vydávaného spalovacími motory se u většiny motorů používají tepelné štíty, které chrání součásti a karoserii před poškozením teplem. Kromě ochrany mohou účinné tepelné štíty přinášet i výkonnostní výhody, protože snižují teploty pod kapotou, a tím snižují teplotu sání. Tepelné štíty se cenově velmi liší, ale většinu z nich lze snadno namontovat, obvykle pomocí nerezových spon nebo vysokoteplotní pásky. Existují dva hlavní typy automobilových tepelných štítů:

• Pevný tepelný štít byl donedávna vyráběn z pevné oceli, ale nyní se často vyrábí z hliníku. Některé špičkové tuhé tepelné štíty se vyrábějí z hliníkového plechu nebo jiných kompozitů s keramickým tepelně bariérovým povlakem pro zlepšení tepelné izolace.
• Pružný tepelný štít se obvykle vyrábí z tenkého hliníkového plechu, prodává se buď plochý, nebo v roli a ohýbá se ručně, montérem. Vysoce výkonné flexibilní tepelné štíty někdy obsahují doplňky, jako je keramická izolace nanášená plazmovým nástřikem. Tyto nejnovější výrobky jsou běžné ve špičkových motoristických sportech, jako je Formule 1.
• Textilní tepelné štíty se používají pro různé součásti, jako je výfuk, turbo, DPF nebo jiná součást výfuku.

V důsledku toho je tepelný štít často montován jak amatérskými, tak profesionálními pracovníky ve fázi ladění motoru.

Tepelné štíty se také používají k chlazení otvorů pro montáž motoru. Když vozidlo jede vyšší rychlostí, je k chlazení prostoru pod kapotou motoru dostatek vzduchu, ale když se vozidlo pohybuje nižší rychlostí nebo stoupá do kopce, je potřeba izolovat teplo motoru, které se přenáší na ostatní části v jeho okolí, např. na držáky motoru. Pomocí správné tepelné analýzy a použití tepelných štítů lze optimalizovat ventilační otvory uchycení motoru pro dosažení nejlepších výkonů.

LetadlaEdit

Některá letadla při vysokých rychlostech, jako je Concorde a SR-71 Blackbird, musí být navržena s ohledem na podobné, ale nižší přehřívání, k jakému dochází u kosmických lodí. V případě Concordu může hliníková příď dosáhnout maximální provozní teploty 127 °C (což je o 180 °C více než okolní vzduch venku, který je pod nulou); metalurgické důsledky spojené s maximální teplotou byly významným faktorem při určování maximální rychlosti letadla.

V poslední době byly vyvinuty nové materiály, které by mohly být lepší než RCC. Prototyp SHARP (Slender Hypervelocity Aerothermodynamic Research Probe) je založen na ultravysokoteplotní keramice, jako je diborid zirkonia (ZrB2) a diborid hafnia (HfB2). Systém tepelné ochrany založený na těchto materiálech by umožnil dosáhnout rychlosti Machova čísla 7 u hladiny moře, Machova čísla 11 ve výšce 35 000 metrů a významné zlepšení pro vozidla určená pro hypersonickou rychlost. Použité materiály mají vlastnosti tepelné ochrany v rozsahu teplot od 0 °C do + 2000 °C, s bodem tání při teplotě přes 3500 °C. Jsou také konstrukčně odolnější než RCC, takže nevyžadují další výztuhy, a jsou velmi účinné při zpětném vyzařování absorbovaného tepla. NASA v roce 2001 financovala (a následně ukončila) výzkumný a vývojový program pro testování tohoto ochranného systému prostřednictvím univerzity v Montaně.

Evropská komise v roce 2016 financovala výzkumný projekt C3HARME v rámci výzvy NMP-19-2015 rámcových programů pro výzkum a technologický rozvoj (stále probíhá) pro návrh, vývoj, výrobu a testování nové třídy ultražáruvzdorných kompozitů s keramickou matricí vyztužených vlákny karbidu křemíku a uhlíkovými vlákny, které jsou vhodné pro aplikace v náročných podmínkách leteckého průmyslu.

Kosmické loděEdit

Ablativní tepelný štít modulu Apollo 12 (po použití) vystavený ve Virginia Air and Space Center

Tepelný nasávací aerodynamický tepelný štít použitý na raketoplánu Space Shuttle.

Kosmické lodě, které přistávají na planetě s atmosférou, jako je Země, Mars a Venuše, tak v současné době činí tak, že vstupují do atmosféry vysokou rychlostí a jsou závislé spíše na odporu vzduchu než na raketovém výkonu, který by je zpomalil. Vedlejším účinkem tohoto způsobu vstupu do atmosféry je aerodynamický ohřev, který může být pro konstrukci nechráněné nebo vadné kosmické lodi velmi destruktivní. Aerodynamický tepelný štít se skládá z ochranné vrstvy ze speciálních materiálů, které odvádějí teplo. Používají se dva základní typy aerodynamických tepelných štítů:

• Ablativní tepelný štít se skládá z vrstvy plastové pryskyřice, jejíž vnější povrch se zahřívá na plyn, který pak konvekcí odvádí teplo. Takové štíty byly použity na kosmických lodích Mercury, Gemini, Apollo a Orion a používá je i loď SpaceX Dragon 2.
• Termický nasákavý tepelný štít využívá izolační materiál, který pohlcuje a odvádí teplo od konstrukce kosmické lodi. Tento typ byl použit na raketoplánu Space Shuttle a skládal se z keramických nebo kompozitních desek na většině povrchu vozidla, přičemž na místech největšího tepelného zatížení (příď a náběžné hrany křídel) byl použit zesílený materiál z uhlíku a karbonu. Poškození tohoto materiálu na křídle bylo příčinou katastrofy raketoplánu Columbia v roce 2003.

S možnými nafukovacími tepelnými štíty, které vyvinuly USA (Low Earth Orbit Flight Test Inflatable Decelerator – LOFTID) a Čína, se uvažuje o tom, že rakety na jedno použití, jako je Space Launch System, budou vybaveny takovými tepelnými štíty, aby se zachránily drahé motory, což by mohlo výrazně snížit náklady na starty.

Pasivní chlazeníEdit

Pasivní chlazené chrániče se používají k ochraně kosmických lodí při vstupu do atmosféry, aby absorbovaly tepelné špičky a následně vyzářily akumulované teplo do atmosféry. Rané verze obsahovaly značné množství kovů, jako je titan, berylium a měď. To značně zvyšovalo hmotnost vozidla. Tepelná absorpce a ablativní systémy se staly výhodnějšími.

Konstrukce kapsle Mercury (na obrázku s věží) původně počítala s použitím pasivně chlazeného systému tepelné ochrany, ale později byla přestavěna na ablativní štít

V moderních vozidlech je však lze nalézt, ale místo kovu se používá vyztužený materiál z uhlíku a karbonu. Tento materiál tvoří systém tepelné ochrany přídě a předních hran raketoplánu Space Shuttle a byl navržen pro vozidlo X-33. Uhlík je nejžáruvzdornější známý materiál s teplotou sublimace (pro grafit) 3825 °C. Díky těmto vlastnostem je to materiál mimořádně vhodný pro pasivní chlazení, jeho nevýhodou však je, že je velmi drahý a křehký. některé kosmické lodě také používají tepelný štít (v běžném automobilovém smyslu) k ochraně palivových nádrží a zařízení před teplem produkovaným velkým raketovým motorem. Takové štíty byly použity na servisním modulu Apollo a sestupném stupni lunárního modulu.

IndustryEdit

Tepelné štíty se často připevňují na poloautomatické nebo automatické pušky a brokovnice jako kryty hlavní, aby chránily ruce uživatele před teplem způsobeným střelbou v rychlém sledu. Často se také připevňují na pumpovací bojové brokovnice, což vojákovi umožňuje uchopit hlaveň při použití bajonetu.