AutomotiveEdit
Datorită cantităților mari de căldură degajate de motoarele cu combustie internă, scuturile termice sunt utilizate pe majoritatea motoarelor pentru a proteja componentele și caroseria de deteriorarea termică. Pe lângă protecție, scuturile termice eficiente pot oferi un beneficiu de performanță prin reducerea temperaturilor de sub capotă, reducând astfel temperatura de admisie. Prețul scuturilor termice variază foarte mult, dar majoritatea sunt ușor de montat, de obicei cu ajutorul unor cleme din oțel inoxidabil sau a unei benzi adezive pentru temperaturi ridicate. Există două tipuri principale de scut termic auto:
- Scutul termic rigid a fost, până de curând, fabricat din oțel masiv, dar acum este adesea fabricat din aluminiu. Unele scuturi termice rigide de înaltă calitate sunt fabricate din tablă de aluminiu sau din alte materiale compozite, cu un strat ceramic de barieră termică pentru a îmbunătăți izolarea termică.
- Scutul termic flexibil este în mod normal fabricat din tablă subțire de aluminiu, vândut fie plat, fie în rolă, și este îndoit manual, de către montator. Scuturile termice flexibile de înaltă performanță includ uneori elemente suplimentare, cum ar fi izolația ceramică aplicată prin pulverizare cu plasmă. Aceste produse de ultimă generație sunt obișnuite în sporturile cu motor de top, cum ar fi Formula 1.
- Buzele termice textile utilizate pentru diverse componente, cum ar fi eșapamentul, turbo, DPF sau alte componente de eșapament.
Ca urmare, un scut termic este adesea montat atât de personalul amator, cât și de cel profesionist, în timpul unei faze de reglare a motorului.
Buzele termice sunt, de asemenea, utilizate pentru a răci orificiile de montare a motorului. Atunci când un vehicul se află la o viteză mai mare, există suficient aer de rampă pentru a răci compartimentul motorului de sub capotă, dar atunci când vehiculul se deplasează la viteze mai mici sau urcă o pantă, este nevoie de izolarea căldurii motorului pentru a fi transferată către alte părți din jurul său, de exemplu, suporturile motorului. Cu ajutorul unei analize termice adecvate și a utilizării scuturilor termice, orificiile de aerisire ale suportului motorului pot fi optimizate pentru cele mai bune performanțe.
AircraftEdit
Câteva aeronave de mare viteză, cum ar fi Concorde și SR-71 Blackbird, trebuie proiectate luând în considerare o supraîncălzire similară, dar mai mică, cu cea care se produce în cazul navelor spațiale. În cazul Concorde, botul din aluminiu poate atinge o temperatură maximă de funcționare de 127 °C (care este cu 180 °C mai mare decât aerul ambiant de afară, care este sub zero); consecințele metalurgice asociate cu temperatura de vârf au fost un factor semnificativ în determinarea vitezei maxime a aeronavei.
Recent, au fost dezvoltate noi materiale care ar putea fi superioare RCC. Prototipul SHARP (Slender Hypervelocity Aerothermodynamic Research Probe – Sonda de cercetare aerotermodinamică subțire de hiperviteză) se bazează pe materiale ceramice de temperatură ultra-înaltă, cum ar fi diborura de zirconiu (ZrB2) și diborura de hafniu (HfB2). Sistemul de protecție termică bazat pe aceste materiale ar permite atingerea unei viteze cu numărul Mach 7 la nivelul mării, Mach 11 la 35000 de metri și îmbunătățiri semnificative pentru vehiculele proiectate pentru viteza hipersonică. Materialele utilizate au caracteristici de protecție termică într-un interval de temperatură de la 0 °C la + 2000 °C, cu punct de topire la peste 3500 °C. De asemenea, din punct de vedere structural, acestea sunt mai rezistente decât RCC, astfel încât nu necesită consolidări suplimentare, și sunt foarte eficiente în ceea ce privește re-iradierea căldurii absorbite. NASA a finanțat (și ulterior a întrerupt) un program de cercetare și dezvoltare în 2001 pentru testarea acestui sistem de protecție prin intermediul Universității din Montana.
Comisia Europeană a finanțat în 2016 (încă în curs de desfășurare) un proiect de cercetare, C3HARME, în cadrul apelului NMP-19-2015 al Programelor Cadru de Cercetare și Dezvoltare Tehnologică, pentru proiectarea, dezvoltarea, producția și testarea unei noi clase de compozite cu matrice ceramică ultra-refractară, armată cu fibre de carbură de siliciu și fibre de carbon, potrivite pentru aplicații în medii aerospațiale severe.
Vehiculele spațiale care aterizează pe o planetă cu atmosferă, cum ar fi Pământul, Marte și Venus, o fac în prezent intrând în atmosferă la viteze mari, depinzând de rezistența aerului mai degrabă decât de puterea rachetelor pentru a le încetini. Un efect secundar al acestei metode de reintrare în atmosferă este încălzirea aerodinamică, care poate fi foarte distructivă pentru structura unei nave spațiale neprotejate sau defecte. Un scut termic aerodinamic constă într-un strat protector din materiale speciale pentru a disipa căldura. Au fost utilizate două tipuri de bază de scuturi termice aerodinamice:
- Un scut termic ablativ constă într-un strat de rășină de plastic, a cărui suprafață exterioară este încălzită la un gaz, care apoi transportă căldura prin convecție. Astfel de scuturi au fost folosite pe navele spațiale Mercury, Gemini, Apollo și Orion și este folosit de nava spațială SpaceX Dragon 2.
- Un scut termic de absorbție termică folosește un material izolator pentru a absorbi și radia căldura departe de structura navei spațiale. Acest tip a fost utilizat pe naveta spațială, constând din plăci ceramice sau compozite pe cea mai mare parte a suprafeței vehiculului, cu material armat din carbon-carbon pe punctele cu cea mai mare încărcătură termică (nasul și marginile de atac ale aripilor). Deteriorarea acestui material de pe o aripă a cauzat dezastrul navetei spațiale Columbia din 2003.
Cu posibile scuturi termice gonflabile, așa cum au fost dezvoltate de SUA (Low Earth Orbit Flight Test Inflatable Decelerator – LOFTID) și China, se are în vedere ca rachetele de unică folosință, cum ar fi Sistemul de lansare spațială, să fie echipate ulterior cu astfel de scuturi termice pentru a salva motoarele costisitoare, ceea ce ar putea reduce semnificativ costurile lansărilor.
Răcirea pasivăEdit
Protectorii răciți pasiv sunt folosiți pentru a proteja navele spațiale în timpul intrării în atmosferă pentru a absorbi vârfurile de căldură și a iradia ulterior căldura stocată în atmosferă. Primele versiuni includeau o cantitate substanțială de metale precum titan, beriliu și cupru. Acest lucru a crescut foarte mult masa vehiculului. Absorbția căldurii și sistemele ablative au devenit preferabile.
În vehiculele moderne, totuși, acestea pot fi găsite, dar în loc de metal, se folosește material armat din carbon-carbon. Acest material constituie sistemul de protecție termică a nasului și a marginilor frontale ale navetei spațiale și a fost propus pentru vehiculul X-33. Carbonul este cel mai refractar material cunoscut, cu o temperatură de sublimare (pentru grafit) de 3825 °C. Aceste caracteristici fac din el un material deosebit de potrivit pentru răcirea pasivă, dar cu dezavantajul de a fi foarte scump și fragil. unele nave spațiale folosesc, de asemenea, un scut termic (în sensul convențional al cuvântului auto) pentru a proteja rezervoarele de combustibil și echipamentele de căldura produsă de un motor de rachetă mare. Astfel de scuturi au fost folosite pe modulul de serviciu Apollo și pe etapa de coborâre a modulului lunar.
IndustryEdit
Scuturile termice sunt adesea atașate la puștile semiautomate sau automate și la puștile de vânătoare, sub formă de protecție a țevii, pentru a proteja mâinile utilizatorului de căldura provocată de tragerea de focuri în succesiune rapidă. De asemenea, au fost adesea atașate la puștile de luptă cu pompă, permițând soldatului să apuce țeava în timp ce folosește o baionetă.