AutomotiveEdit
Aufgrund der großen Hitze, die von Verbrennungsmotoren abgegeben wird, werden Hitzeschilde an den meisten Motoren verwendet, um Bauteile und Karosserie vor Hitzeschäden zu schützen. Neben dem Schutz können wirksame Hitzeschilde auch einen Leistungsvorteil bieten, indem sie die Temperaturen unter der Motorhaube und damit die Ansaugtemperatur senken. Hitzeschilder sind sehr unterschiedlich im Preis, aber die meisten lassen sich leicht anbringen, in der Regel mit Edelstahlklammern oder Hochtemperaturklebeband. Es gibt zwei Haupttypen von Hitzeschilden für Kraftfahrzeuge:
- Der starre Hitzeschild wurde bis vor kurzem aus massivem Stahl hergestellt, wird aber jetzt oft aus Aluminium gefertigt. Einige hochwertige starre Hitzeschilde werden aus Aluminiumblech oder anderen Verbundwerkstoffen hergestellt und mit einer keramischen Wärmedämmschicht versehen, um die Wärmedämmung zu verbessern.
- Der flexible Hitzeschild wird normalerweise aus dünnem Aluminiumblech hergestellt, das entweder flach oder als Rolle verkauft wird, und wird vom Monteur von Hand gebogen. Leistungsstarke flexible Hitzeschilde enthalten manchmal Extras, wie zum Beispiel eine keramische Isolierung, die durch Plasmaspritzen aufgebracht wird. Diese neuesten Produkte sind im Spitzenmotorsport wie der Formel 1 weit verbreitet.
- Textile Hitzeschilde werden für verschiedene Komponenten wie den Auspuff, den Turbo, den Partikelfilter oder andere Abgaskomponenten verwendet.
Daher wird ein Hitzeschild häufig sowohl von Laien als auch von Fachleuten während einer Phase des Motortunings angebracht.
Hitzeschilde werden auch zur Kühlung der Entlüftungsöffnungen der Motorhalterung verwendet. Wenn ein Fahrzeug mit höherer Geschwindigkeit fährt, gibt es genug Stauluft, um den Motorraum unter der Motorhaube zu kühlen, aber wenn sich das Fahrzeug mit niedrigeren Geschwindigkeiten bewegt oder eine Steigung hinauffährt, muss die Motorwärme isoliert werden, damit sie auf andere Teile in der Umgebung übertragen werden kann, z. B. auf die Motorhalterungen. Mit Hilfe einer ordnungsgemäßen thermischen Analyse und der Verwendung von Hitzeschilden können die Entlüftungsöffnungen der Triebwerksaufhängungen optimiert werden, um die beste Leistung zu erzielen.
AircraftEdit
Einige Hochgeschwindigkeitsflugzeuge, wie die Concorde und die SR-71 Blackbird, müssen unter Berücksichtigung einer ähnlichen, aber geringeren Überhitzung konstruiert werden, wie sie bei Raumfahrzeugen auftritt. Bei der Concorde kann die Aluminiumnase eine maximale Betriebstemperatur von 127 °C erreichen (das sind 180 °C mehr als die Umgebungsluft, die unter Null liegt); die mit der Spitzentemperatur verbundenen metallurgischen Folgen waren ein wichtiger Faktor bei der Festlegung der Höchstgeschwindigkeit des Flugzeugs.
In jüngster Zeit wurden neue Werkstoffe entwickelt, die dem RCC überlegen sein könnten. Der Prototyp SHARP (Slender Hypervelocity Aerothermodynamic Research Probe) basiert auf Ultrahochtemperatur-Keramiken wie Zirkoniumdiborid (ZrB2) und Hafniumdiborid (HfB2). Das auf diesen Werkstoffen basierende Wärmeschutzsystem würde es ermöglichen, auf Meereshöhe eine Geschwindigkeit von Mach 7 und in 35000 Metern Höhe Mach 11 zu erreichen, was für Fahrzeuge, die für Hyperschallgeschwindigkeiten ausgelegt sind, erhebliche Verbesserungen bedeutet. Die verwendeten Materialien haben Wärmeschutzeigenschaften in einem Temperaturbereich von 0 °C bis + 2000 °C, mit einem Schmelzpunkt von über 3500 °C. Außerdem sind sie strukturell widerstandsfähiger als RCC, so dass keine zusätzlichen Verstärkungen erforderlich sind, und sie sind sehr effizient bei der Wiederabstrahlung der absorbierten Wärme. Die NASA finanzierte 2001 ein Forschungs- und Entwicklungsprogramm zur Erprobung dieses Schutzsystems durch die Universität von Montana (und stellte es später wieder ein).
Die Europäische Kommission finanzierte im Jahr 2016 ein Forschungsprojekt, C3HARME, unter der Aufforderung NMP-19-2015 des Rahmenprogramms für Forschung und technologische Entwicklung (noch nicht abgeschlossen) für das Design, die Entwicklung, die Produktion und die Erprobung einer neuen Klasse von ultrahochfesten Verbundwerkstoffen mit keramischer Matrix, die mit Siliziumkarbidfasern und Kohlenstofffasern verstärkt sind und sich für Anwendungen in rauen Luft- und Raumfahrtumgebungen eignen.
RaumfahrzeugeEdit
Raumschiffe, die auf einem Planeten mit einer Atmosphäre landen, wie Erde, Mars und Venus, treten derzeit mit hoher Geschwindigkeit in die Atmosphäre ein und werden durch den Luftwiderstand und nicht durch die Raketenkraft abgebremst. Ein Nebeneffekt dieser Methode des atmosphärischen Wiedereintritts ist die aerodynamische Erwärmung, die die Struktur eines ungeschützten oder fehlerhaften Raumfahrzeugs stark beschädigen kann. Ein aerodynamischer Hitzeschild besteht aus einer Schutzschicht aus speziellen Materialien, die die Hitze ableitet. Es wurden zwei Grundtypen von aerodynamischen Hitzeschilden verwendet:
- Ein ablativer Hitzeschild besteht aus einer Schicht aus Kunststoff, dessen äußere Oberfläche zu einem Gas erhitzt wird, das dann die Wärme durch Konvektion abführt. Solche Schilde wurden bei den Mercury-, Gemini-, Apollo- und Orion-Raumschiffen verwendet und werden auch beim SpaceX Dragon 2 eingesetzt.
- Ein Hitzeschild, der die Wärme aufnimmt und von der Struktur des Raumfahrzeugs abstrahlt, besteht aus einem Isoliermaterial. Diese Art von Hitzeschild wurde beim Space Shuttle verwendet und bestand aus Keramik- oder Verbundstoffplatten, die den größten Teil der Fahrzeugoberfläche bedeckten, mit verstärktem Kohlenstoff-Kohlenstoff-Material an den Stellen mit der größten Hitzebelastung (Nase und Flügelvorderkante). Eine Beschädigung dieses Materials an einer Tragfläche verursachte 2003 die Katastrophe des Space Shuttle Columbia.
Mit möglichen aufblasbaren Hitzeschilden, wie sie von den USA (Low Earth Orbit Flight Test Inflatable Decelerator – LOFTID) und China entwickelt wurden, sollen Einwegraketen wie das Space Launch System mit solchen Hitzeschilden nachgerüstet werden, um die teuren Triebwerke zu retten, was die Kosten für Starts erheblich senken könnte.
Passive KühlungEdit
Passiv gekühlte Schutzschilde werden zum Schutz von Raumschiffen beim Eintritt in die Atmosphäre verwendet, um Wärmespitzen zu absorbieren und anschließend die gespeicherte Wärme an die Atmosphäre abzugeben. Frühe Versionen enthielten eine erhebliche Menge an Metallen wie Titan, Beryllium und Kupfer. Dadurch erhöhte sich die Masse des Fahrzeugs erheblich. Wärmeabsorptions- und ablative Systeme wurden bevorzugt.
In modernen Fahrzeugen sind sie jedoch zu finden, aber anstelle von Metall wird verstärktes Kohlenstoff-Kohlenstoff-Material verwendet. Dieses Material bildet das Wärmeschutzsystem der Nase und der Vorderkanten des Space Shuttle und wurde für das Fahrzeug X-33 vorgeschlagen. Kohlenstoff ist das feuerfesteste bekannte Material mit einer Sublimationstemperatur (für Graphit) von 3825 °C. Diese Eigenschaften machen es zu einem Material, das sich besonders gut für die passive Kühlung eignet, allerdings mit dem Nachteil, dass es sehr teuer und zerbrechlich ist.Einige Raumfahrzeuge verwenden auch einen Hitzeschild (im herkömmlichen Sinne für Kraftfahrzeuge), um Treibstofftanks und Ausrüstung vor der von einem großen Raketentriebwerk erzeugten Hitze zu schützen. Solche Schilde wurden bei der Apollo-Servicemaschine und der Abstiegsstufe der Mondlandefähre verwendet.
IndustryEdit
Hitzeschilde werden häufig an halbautomatischen oder automatischen Gewehren und Schrotflinten als Laufabdeckungen angebracht, um die Hände des Benutzers vor der Hitze zu schützen, die beim Abfeuern von Schüssen in schneller Folge entsteht. Sie wurden auch häufig an Pump-Action-Schrotflinten angebracht, damit der Soldat den Lauf greifen kann, während er ein Bajonett benutzt.