Varmeskjold

AutomotiveEdit

På grund af de store mængder varme, der afgives af forbrændingsmotorer, anvendes varmeskjolde på de fleste motorer for at beskytte komponenter og karosseri mod varmeskader. Ud over beskyttelse kan effektive varmeskjolde give en ydelsesmæssig fordel ved at reducere temperaturerne under motorhjelmen og dermed reducere indsugningstemperaturen. Varmeskjolde varierer meget i pris, men de fleste er nemme at montere, normalt ved hjælp af clips af rustfrit stål eller højtemperaturtape. Der findes to hovedtyper af varmeskjolde til biler:

• Det stive varmeskjold har indtil for nylig været fremstillet af massivt stål, men er nu ofte fremstillet af aluminium. Nogle af de bedste stive varmeskjolde er fremstillet af aluminiumsplader eller andre kompositmaterialer med en keramisk varmebarrierebelægning for at forbedre varmeisoleringen.
• Den fleksible varmeskjold er normalt fremstillet af tynde aluminiumsplader, der sælges enten fladt eller i ruller, og som bøjes i hånden af montøren. Højtydende fleksible varmeskjolde omfatter undertiden ekstraudstyr, f.eks. keramisk isolering, der påføres ved hjælp af plasmasprøjtning. Disse nyeste produkter er almindelige i topmotorsport som Formel 1.
• Tekstilvarmeskjolde anvendes til forskellige komponenter som udstødning, turbo, DPF eller andre udstødningskomponenter.

Som følge heraf monteres et varmeskjold ofte af både amatør- og professionelt personale i en fase af motortuning.

Varmeskjolde anvendes også til at køle motorophængets udluftningsåbninger. Når et køretøj kører med højere hastighed, er der nok luft til at køle motorrummet under motorhjelmen, men når køretøjet kører med lavere hastighed eller klatrer op ad en stigning, er der behov for at isolere motorvarmen for at overføre den til andre dele omkring den, f.eks. motorophæng. Ved hjælp af en ordentlig termisk analyse og brug af varmeskjolde kan motormonteringens udluftningsåbninger optimeres for at opnå de bedste præstationer.

AircraftEdit

Som fly ved høj hastighed, såsom Concorde og SR-71 Blackbird, skal konstrueres under hensyntagen til en lignende, men lavere, overophedning end den, der forekommer i rumfartøjer. I Concordens tilfælde kan aluminiumsnuden nå en maksimal driftstemperatur på 127 °C (hvilket er 180 °C højere end den omgivende luft udenfor, som er under nul); de metallurgiske konsekvenser i forbindelse med spidstemperaturen var en væsentlig faktor ved fastlæggelsen af den maksimale flyhastighed.

Der er for nylig blevet udviklet nye materialer, som kunne være RCC overlegne. Prototypen SHARP (Slender Hypervelocity Aerothermodynamic Research Probe) er baseret på keramik med ultrahøj temperatur såsom zirconiumdiborid (ZrB2) og hafniumdiborid (HfB2). Det termiske beskyttelsessystem baseret på disse materialer vil gøre det muligt at nå en hastighed på Mach nummer 7 i havoverfladen og Mach 11 i 35 000 meters højde samt at opnå betydelige forbedringer for køretøjer, der er konstrueret til hypersonisk hastighed. De anvendte materialer har termiske beskyttelsesegenskaber i et temperaturområde fra 0 °C til + 2000 °C, med et smeltepunkt på over 3500 °C. De er også strukturelt mere modstandsdygtige end RCC, så de kræver ikke yderligere forstærkninger, og de er meget effektive til at genstråle den absorberede varme. NASA finansierede (og indstillede efterfølgende) et forsknings- og udviklingsprogram i 2001 for afprøvning af dette beskyttelsessystem gennem University of Montana.

Europa Kommissionen finansierede et forskningsprojekt, C3HARME, under indkaldelsen NMP-19-2015 af rammeprogrammer for forskning og teknologisk udvikling i 2016 (stadig igangværende) med henblik på design, udvikling, produktion og afprøvning af en ny klasse af ultrahærdede keramiske matrixkompositter forstærket med siliciumcarbidfibre og kulfibre, der er egnet til anvendelse i svære rumfartsmiljøer.

RumfartøjerRediger

Se også: Atmospheric entry og Reusable launch system

Dette afsnit indeholder ingen kildehenvisninger. Hjælp venligst med at forbedre dette afsnit ved at tilføje henvisninger til pålidelige kilder. Ukilderet materiale kan blive anfægtet og fjernet. (August 2014) (Lær hvordan og hvornår du fjerner denne skabelonbesked)

Apollo 12-kapslens ablative varmeskjold (efter brug) udstillet på Virginia Air and Space Center

Thermal soak aerodynamisk varmeskjold, der blev brugt på rumfærgen.

Rumfartøjer, der lander på en planet med en atmosfære, såsom Jorden, Mars og Venus, gør det i øjeblikket ved at træde ind i atmosfæren med høj hastighed og er afhængige af luftmodstanden snarere end af raketkraft til at bremse dem ned. En bivirkning af denne metode til atmosfærisk genindflyvning er aerodynamisk opvarmning, som kan være meget ødelæggende for strukturen af et ubeskyttet eller defekt rumfartøj. Et aerodynamisk varmeskjold består af et beskyttende lag af specielle materialer til at bortlede varmen. Der er blevet anvendt to grundlæggende typer aerodynamiske varmeskjolde:

• Et ablativt varmeskjold består af et lag af plastharpiks, hvis ydre overflade opvarmes til en gas, som derefter transporterer varmen væk ved konvektion. Sådanne skjolde blev anvendt på Mercury-, Gemini-, Apollo- og Orion-rumfartøjerne og anvendes af SpaceX Dragon 2.
• Et thermal soak-varmeskjold anvender et isolerende materiale til at absorbere og udstråle varmen væk fra rumfartøjets struktur. Denne type blev anvendt på rumfærgen og bestod af keramiske eller kompositfliser over det meste af køretøjets overflade med forstærket kulstof-kulstofmateriale på de punkter med størst varmebelastning (næsen og vingeforkanterne). Skader på dette materiale på en vinge forårsagede katastrofen med rumfærgen Columbia i 2003.

Med mulige oppustelige varmeskjolde, som er udviklet af USA (Low Earth Orbit Flight Test Inflatable Decelerator – LOFTID) og Kina, overvejer man at eftermontere sådanne varmeskjolde på engangsraketter som Space Launch System for at redde de dyre motorer og dermed muligvis reducere omkostningerne ved opsendelser betydeligt.

Passiv kølingRediger

Passivkølede beskyttere anvendes til at beskytte rumskibe under indtræden i atmosfæren for at absorbere varmetoppe og efterfølgende udstråle den lagrede varme til atmosfæren. Tidlige versioner indeholdt en betydelig mængde metaller såsom titanium, beryllium og kobber. Dette øgede køretøjets masse betydeligt. Varmeabsorberende og ablative systemer blev at foretrække.

Mercury-kapselkonstruktionen (vist med tårnet) indeholdt oprindeligt et passivt afkølet termisk beskyttelsessystem, men blev senere omdannet til et ablativt skjold

I moderne køretøjer kan de dog findes, men i stedet for metal anvendes forstærket kulstof-kulstofmateriale. Dette materiale udgør det termiske beskyttelsessystem på næsen og de forreste kanter af rumfærgen og blev foreslået til køretøjet X-33. Kulstof er det mest ildfaste materiale, der kendes, med en sublimeringstemperatur (for grafit) på 3825 °C. Disse egenskaber gør det til et materiale, der er særdeles velegnet til passiv køling, men som har den ulempe, at det er meget dyrt og skrøbeligt.Nogle rumfartøjer anvender også et varmeskjold (i konventionel bilforståelse) for at beskytte brændstoftanke og udstyr mod den varme, der produceres af en stor raketmotor. Sådanne skjolde blev anvendt på Apollo Service Module og Lunar Module descent stage.

IndustryEdit

Hedeskjolde er ofte anbragt på halvautomatiske eller automatiske rifler og haglgeværer som kappe for at beskytte brugerens hænder mod den varme, der opstår, når man affyrer skud i hurtig rækkefølge. De er også ofte blevet anbragt på pumpgungeværer, så soldaten kan gribe fat i løbet, mens han bruger en bajonet.