Hitteschild

AutomotiveEdit

Vanwege de grote hoeveelheden warmte die verbrandingsmotoren afgeven, worden op de meeste motoren hitteschilden gebruikt om onderdelen en carrosserie te beschermen tegen hitteschade. Naast bescherming kunnen doeltreffende hitteschilden ook een prestatievoordeel opleveren door de temperaturen onder de motorkap te verlagen en zo de inlaattemperatuur te verlagen. Hitteschilden variëren sterk in prijs, maar de meeste zijn gemakkelijk te monteren, meestal door middel van roestvrijstalen clips of hoge temperatuur tape. Er zijn twee hoofdtypen van de auto hitteschild:

• Het stijve hitteschild is, tot voor kort, gemaakt van massief staal, maar wordt nu vaak gemaakt van aluminium. Sommige high-end stijve hitteschilden worden gemaakt van aluminiumplaat of andere samenstellingen, met een ceramische thermische barrièredeklaag om de hitteisolatie te verbeteren.
• Het flexibele hitteschild wordt normaal gemaakt van dun aluminiumfolie, dat of vlak of op een rol wordt verkocht, en met de hand, door de monteur wordt gebogen. De hoge prestaties flexibele hitteschilden omvatten soms extra’s, zoals ceramische isolatie die via plasma het bespuiten wordt toegepast. Deze nieuwste producten zijn gemeengoed in top-end autosport, zoals de Formule 1.
• Textiel hitteschilden gebruikt voor verschillende onderdelen, zoals de uitlaat, turbo, DPF, of andere uitlaat component.

Als gevolg hiervan, een hitteschild wordt vaak gemonteerd door zowel amateur-en professioneel personeel tijdens een fase van de motor tuning.

Hitteschilden worden ook gebruikt om motorsteun openingen koelen. Bij hogere snelheden is er voldoende lucht om het motorcompartiment onder de motorkap af te koelen, maar wanneer het voertuig bij lagere snelheden rijdt of een helling beklimt, moet de motorwarmte worden geïsoleerd, zodat deze wordt overgedragen op andere onderdelen, zoals de motorsteunen. Met behulp van een goede thermische analyse en het gebruik van hitteschilden kunnen de ventilatieopeningen van de motorsteunen worden geoptimaliseerd voor de beste prestaties.

AircraftEdit

Bij het ontwerp van sommige hogesnelheidsvliegtuigen, zoals de Concorde en de SR-71 Blackbird, moet rekening worden gehouden met een soortgelijke, maar geringere, oververhitting als bij ruimtevaartuigen het geval is. In het geval van de Concorde kan de aluminium neus een maximale bedrijfstemperatuur van 127 °C bereiken (wat 180 °C hoger is dan de omgevingslucht buiten, die onder nul is); de metallurgische gevolgen in verband met de piektemperatuur waren een belangrijke factor bij het bepalen van de maximumsnelheid van het vliegtuig.

Nu zijn er nieuwe materialen ontwikkeld die superieur zouden kunnen zijn aan RCC. Het prototype SHARP (Slender Hypervelocity Aerothermodynamic Research Probe) is gebaseerd op ultrahoge-temperatuur-keramiek zoals zirkoniumdiboride (ZrB2) en hafniumdiboride (HfB2). Het thermische beschermingssysteem op basis van deze materialen zou het mogelijk maken om op zeeniveau een snelheid van Mach nummer 7 te bereiken, Mach 11 op 35000 meter hoogte en aanzienlijke verbeteringen voor voertuigen die voor hypersonische snelheid zijn ontworpen. De gebruikte materialen hebben thermische beschermingseigenschappen in een temperatuurbereik van 0 °C tot + 2000 °C, met een smeltpunt bij meer dan 3500 °C. Zij zijn ook structureel resistenter dan RCC, zodat geen extra versterkingen nodig zijn, en zij zijn zeer efficiënt in het opnieuw bestralen van de geabsorbeerde warmte. NASA financierde (en stopte vervolgens) in 2001 een onderzoeks- en ontwikkelingsprogramma voor het testen van dit beschermingssysteem via de Universiteit van Montana.

De Europese Commissie financierde in 2016 (nog steeds lopend) een onderzoeksproject, C3HARME, onder de NMP-19-2015 oproep van Kaderprogramma’s voor Onderzoek en Technologische Ontwikkeling voor het ontwerpen, ontwikkelen, produceren en testen van een nieuwe klasse ultra vuurvaste keramische matrix composieten versterkt met siliciumcarbide vezels en koolstofvezels die geschikt zijn voor toepassingen in zware ruimtevaartomgevingen.

RuimtevaartuigenEdit

Het ablatieve hitteschild van de Apollo 12 capsule (na gebruik) te zien in het Virginia Air and Space Center

Thermisch soak aerodynamisch hitteschild gebruikt op de Space Shuttle.

Ruimtevaartuigen die landen op een planeet met een atmosfeer, zoals de Aarde, Mars en Venus, doen dit momenteel door met hoge snelheid de atmosfeer binnen te dringen, waarbij ze afhankelijk zijn van de luchtweerstand in plaats van raketkracht om ze af te remmen. Een neveneffect van deze methode van atmosferische terugkeer is aërodynamische verhitting, die zeer destructief kan zijn voor de structuur van een onbeschermd of defect ruimteschip. Een aërodynamisch hitteschild bestaat uit een beschermende laag van speciale materialen om de hitte af te voeren. Er zijn twee basistypen aërodynamische hitteschilden gebruikt:

• Een ablatief hitteschild bestaat uit een laag plastic hars, waarvan het buitenoppervlak wordt verhit tot een gas, dat vervolgens de warmte afvoert door convectie. Dergelijke schilden werden gebruikt op de Mercury, Gemini, Apollo en Orion ruimtevaartuigen en wordt gebruikt door de SpaceX Dragon 2.
• Een thermisch soak hitteschild gebruikt een isolerend materiaal om de warmte te absorberen en weg te stralen van de structuur van het ruimtevaartuig. Dit type werd gebruikt op de Space Shuttle, bestaande uit keramische of composiettegels over het grootste deel van het voertuigoppervlak, met versterkt koolstof-koolstofmateriaal op de hoogste warmtebelastingspunten (de neus en de vleugelvoorranden). Schade aan dit materiaal op een vleugel veroorzaakte de ramp met Space Shuttle Columbia in 2003.

Met mogelijke opblaasbare hitteschilden, zoals ontwikkeld door de VS (Low Earth Orbit Flight Test Inflatable Decelerator – LOFTID) en China, wordt overwogen om raketten voor eenmalig gebruik zoals het Space Launch System achteraf uit te rusten met dergelijke hitteschilden om de dure motoren te redden, waardoor de kosten van lanceringen mogelijk aanzienlijk worden verminderd.

Passieve koelingEdit

Passief gekoelde beschermers worden gebruikt om ruimteschepen tijdens atmosferische binnenkomst te beschermen om warmtepieken te absorberen en vervolgens opgeslagen warmte naar de atmosfeer te stralen. Vroege versies bevatten een aanzienlijke hoeveelheid metalen zoals titanium, beryllium en koper. Hierdoor nam de massa van het voertuig sterk toe. Warmteabsorptie en ablatieve systemen kregen de voorkeur.

Het ontwerp van de Mercury-capsule (afgebeeld met de toren) voorzag oorspronkelijk in het gebruik van een passief gekoeld thermisch beschermingssysteem, maar werd later omgebouwd tot een ablatief schild

In moderne voertuigen zijn ze echter wel te vinden, maar in plaats van metaal wordt versterkt koolstof-koolstofmateriaal gebruikt. Dit materiaal vormt het thermische beschermingssysteem van de neus en de voorranden van de Space Shuttle en werd voorgesteld voor het voertuig X-33. Koolstof is het meest vuurvaste materiaal dat bekend is, met een sublimatietemperatuur (voor grafiet) van 3825 °C. Deze eigenschappen maken het een materiaal dat bijzonder geschikt is voor passieve koeling, maar met het nadeel dat het zeer duur en breekbaar is.Sommige ruimtevaartuigen gebruiken ook een hitteschild (in de conventionele betekenis van de auto) om brandstoftanks en apparatuur te beschermen tegen de hitte die door een grote raketmotor wordt geproduceerd. Dergelijke schilden werden gebruikt op de Apollo Service Module en de Lunar Module daaltrap.

IndustryEdit

Hitteschilden worden vaak aangebracht op semi-automatische of automatische geweren en jachtgeweren als loopkapjes om de handen van de gebruiker te beschermen tegen de hitte die wordt veroorzaakt door het snel achter elkaar afvuren van schoten. Zij zijn ook vaak aangebracht op jachtgeweren met pompwerking, zodat de soldaat de loop kan vastgrijpen terwijl hij een bajonet gebruikt.