AutomotiveEdit
En raison des grandes quantités de chaleur dégagées par les moteurs à combustion interne, des boucliers thermiques sont utilisés sur la plupart des moteurs pour protéger les composants et la carrosserie des dommages causés par la chaleur. En plus de la protection, des boucliers thermiques efficaces peuvent apporter un avantage en termes de performances en réduisant les températures sous le capot, réduisant ainsi la température d’admission. Le prix des boucliers thermiques varie considérablement, mais la plupart sont faciles à installer, généralement à l’aide de clips en acier inoxydable ou de ruban adhésif haute température. Il existe deux principaux types de boucliers thermiques automobiles :
- Le bouclier thermique rigide a, jusqu’à récemment, été fabriqué en acier massif, mais est maintenant souvent fabriqué en aluminium. Certains boucliers thermiques rigides haut de gamme sont fabriqués à partir de feuilles d’aluminium ou d’autres composites, avec un revêtement de barrière thermique en céramique pour améliorer l’isolation thermique.
- Le bouclier thermique flexible est normalement fabriqué à partir d’une fine feuille d’aluminium, vendue à plat ou en rouleau, et est plié à la main, par le monteur. Les boucliers thermiques souples de haute performance comprennent parfois des extras, comme une isolation en céramique appliquée par projection de plasma. Ces derniers produits sont courants dans les sports automobiles haut de gamme tels que la Formule 1.
- Des boucliers thermiques en textile utilisés pour divers composants tels que l’échappement, le turbo, le DPF ou tout autre composant de l’échappement.
Par conséquent, un bouclier thermique est souvent monté par le personnel amateur et professionnel lors d’une phase de réglage du moteur.
Les boucliers thermiques sont également utilisés pour refroidir les évents du support moteur. Lorsqu’un véhicule est à une vitesse plus élevée, il y a assez d’air dynamique pour refroidir le compartiment moteur sous le capot, mais lorsque le véhicule se déplace à des vitesses inférieures ou monte une pente, il est nécessaire d’isoler la chaleur du moteur pour qu’elle soit transférée à d’autres parties autour, par exemple les supports du moteur. Avec l’aide d’une analyse thermique appropriée et l’utilisation de boucliers thermiques, les évents des supports de moteur peuvent être optimisés pour obtenir les meilleures performances.
AircraftEdit
Certains avions à grande vitesse, comme le Concorde et le SR-71 Blackbird, doivent être conçus en considérant une surchauffe similaire, mais plus faible, à celle qui se produit dans les vaisseaux spatiaux. Dans le cas du Concorde, le nez en aluminium peut atteindre une température maximale de fonctionnement de 127 °C (soit 180 °C de plus que l’air ambiant extérieur qui est inférieur à zéro) ; les conséquences métallurgiques associées à cette température maximale ont été un facteur important dans la détermination de la vitesse maximale de l’avion.
Récemment, de nouveaux matériaux ont été développés qui pourraient être supérieurs au RCC. Le prototype SHARP (Slender Hypervelocity Aerothermodynamic Research Probe) est basé sur des céramiques à ultra-haute température telles que le diborure de zirconium (ZrB2) et le diborure de hafnium (HfB2). Le système de protection thermique basé sur ces matériaux permettrait d’atteindre une vitesse de Mach numéro 7 au niveau de la mer, Mach 11 à 35000 mètres et des améliorations significatives pour les véhicules conçus pour la vitesse hypersonique. Les matériaux utilisés présentent des caractéristiques de protection thermique dans une plage de température allant de 0 °C à + 2000 °C, avec un point de fusion à plus de 3500 °C. Ils sont également structurellement plus résistants que le RCC, et ne nécessitent donc pas de renforts supplémentaires, et sont très efficaces pour ré-irradier la chaleur absorbée. La NASA a financé (puis interrompu) un programme de recherche et développement en 2001 pour tester ce système de protection par l’intermédiaire de l’Université du Montana.
La Commission européenne a financé un projet de recherche, C3HARME, dans le cadre de l’appel NMP-19-2015 des programmes-cadres de recherche et de développement technologique en 2016 (toujours en cours) pour la conception, le développement, la production et les essais d’une nouvelle classe de composites à matrice céramique ultra-réfractaires renforcés par des fibres de carbure de silicium et des fibres de carbone, adaptés à des applications dans des environnements aérospatiaux sévères.
Edit spatial
Les vaisseaux spatiaux qui atterrissent sur une planète avec une atmosphère, comme la Terre, Mars et Vénus, le font actuellement en entrant dans l’atmosphère à grande vitesse, dépendant de la résistance de l’air plutôt que de la puissance des fusées pour les ralentir. Un effet secondaire de cette méthode de rentrée atmosphérique est l’échauffement aérodynamique, qui peut être très destructeur pour la structure d’un vaisseau spatial non protégé ou défectueux. Un bouclier thermique aérodynamique consiste en une couche protectrice de matériaux spéciaux pour dissiper la chaleur. Deux types de base de bouclier thermique aérodynamique ont été utilisés :
- Un bouclier thermique ablatif consiste en une couche de résine plastique dont la surface extérieure est chauffée à un gaz, qui évacue ensuite la chaleur par convection. Ce type de bouclier a été utilisé sur les vaisseaux spatiaux Mercury, Gemini, Apollo et Orion et est utilisé par le SpaceX Dragon 2.
- Un bouclier thermique à imprégnation thermique utilise un matériau isolant pour absorber et évacuer par rayonnement la chaleur de la structure du vaisseau spatial. Ce type a été utilisé sur la navette spatiale, composé de tuiles en céramique ou en composite sur la majeure partie de la surface du véhicule, avec un matériau carbone-carbone renforcé sur les points de charge thermique les plus élevés (le nez et les bords d’attaque des ailes). L’endommagement de ce matériau sur une aile a provoqué la catastrophe de la navette spatiale Columbia en 2003.
Avec d’éventuels boucliers thermiques gonflables, tels que développés par les États-Unis (Low Earth Orbit Flight Test Inflatable Decelerator – LOFTID) et la Chine, il est envisagé d’équiper les fusées à usage unique, comme le Space Launch System, de tels boucliers thermiques pour sauver les moteurs coûteux, ce qui pourrait réduire considérablement les coûts des lancements.
Refroidissement passifEdit
Les protecteurs refroidis passifs sont utilisés pour protéger les vaisseaux spatiaux pendant l’entrée dans l’atmosphère pour absorber les pics de chaleur et irradier ensuite la chaleur stockée vers l’atmosphère. Les premières versions comprenaient une quantité importante de métaux tels que le titane, le béryllium et le cuivre. Cela augmentait considérablement la masse du véhicule. Les systèmes d’absorption de chaleur et les systèmes ablatifs devinrent préférables.
Dans les véhicules modernes, cependant, on peut les trouver, mais au lieu du métal, on utilise un matériau carbone-carbone renforcé. Ce matériau constitue le système de protection thermique du nez et des bords avant de la navette spatiale et a été proposé pour le véhicule X-33. Le carbone est le matériau le plus réfractaire connu avec une température de sublimation (pour le graphite) de 3825 °C. Ces caractéristiques en font un matériau particulièrement adapté au refroidissement passif, mais qui présente l’inconvénient d’être très cher et fragile.Certains engins spatiaux utilisent également un bouclier thermique (au sens automobile classique du terme) pour protéger les réservoirs de carburant et les équipements de la chaleur produite par un gros moteur de fusée. De tels boucliers ont été utilisés sur le module de service Apollo et l’étage de descente du module lunaire.
IndustryEdit
Les boucliers thermiques sont souvent apposés sur les fusils semi-automatiques ou automatiques et les fusils de chasse en tant que carénages de canon afin de protéger les mains de l’utilisateur de la chaleur provoquée par les tirs en succession rapide. Ils ont également souvent été apposés sur des fusils de combat à pompe, permettant au soldat de saisir le canon tout en utilisant une baïonnette.