Värmesköld

AutomotiveEdit

På grund av de stora mängder värme som förbränningsmotorer avger används värmesköldar på de flesta motorer för att skydda komponenter och karosserier från värmeskador. Förutom skydd kan effektiva värmesköldar ge en prestandafördel genom att sänka temperaturen under motorhuven och därmed sänka insugningstemperaturen. Värmesköldarna varierar kraftigt i pris, men de flesta är lätta att montera, vanligen med hjälp av clips av rostfritt stål eller högtemperaturtejp. Det finns två huvudtyper av värmesköldar för bilar:

• Den styva värmeskölden har tills nyligen tillverkats av massivt stål, men tillverkas nu ofta av aluminium. Vissa högklassiga stela värmesköldar är tillverkade av aluminiumplåt eller andra kompositer, med en keramisk värmeskyddsbeläggning för att förbättra värmeisoleringen.
• Den flexibla värmeskölden tillverkas normalt av tunna aluminiumplåtar, som säljs antingen platta eller på rulle, och som böjs för hand av montören. Flexibla värmesköldar med hög prestanda innehåller ibland extrautrustning, t.ex. keramisk isolering som appliceras genom plasmasprutning. Dessa senaste produkter är vanliga i motorsporter av högsta klass som Formel 1.
• Textila värmesköldar används för olika komponenter som avgassystem, turbo, DPF eller andra avgaskomponenter.

Som ett resultat av detta monteras värmesköldar ofta av både amatörer och proffs under ett skede av motortuning.

Värmesköldar används också för att kyla motorfästets ventilationsöppningar. När ett fordon körs i högre hastighet finns det tillräckligt med luft för att kyla motorrummet under huven, men när fordonet körs i lägre hastigheter eller klättrar uppför en lutning finns det ett behov av att isolera motorvärmen så att den kan överföras till andra delar runtomkring, t.ex. motorfästen. Med hjälp av korrekt termisk analys och användning av värmesköldar kan motorfästets ventilationsöppningar optimeras för bästa prestanda.

AircraftEdit

Vissa höghastighetsflygplan, t.ex. Concorde och SR-71 Blackbird, måste konstrueras med hänsyn till liknande, men lägre, överhettning som den som förekommer i rymdfarkoster. I fallet Concorde kan aluminiumnäsan nå en maximal driftstemperatur på 127 °C (vilket är 180 °C högre än den omgivande luften utanför som är under noll); de metallurgiska konsekvenserna i samband med topptemperaturen var en viktig faktor vid fastställandet av den maximala flygplanshastigheten.

Nyligen har nya material utvecklats som skulle kunna vara överlägsna RCC. Prototypen SHARP (Slender Hypervelocity Aerothermodynamic Research Probe) är baserad på keramik med ultrahög temperatur som zirkoniumdiborid (ZrB2) och hafniumdiborid (HfB2). Det värmeskyddssystem som bygger på dessa material skulle göra det möjligt att nå en hastighet på Mach nummer 7 på havsnivå, Mach 11 på 35 000 meters höjd och betydande förbättringar för fordon som är konstruerade för överljudsfart. De använda materialen har termiska skyddsegenskaper i ett temperaturområde från 0 °C till + 2000 °C, med en smältpunkt på över 3500 °C. De är också strukturellt mer motståndskraftiga än RCC, vilket innebär att de inte kräver några ytterligare förstärkningar, och de är mycket effektiva när det gäller att återstråla den absorberade värmen. NASA finansierade (och avbröt därefter) ett forsknings- och utvecklingsprogram 2001 för att testa detta skyddssystem genom University of Montana.

Europeiska kommissionen finansierade ett forskningsprojekt, C3HARME, inom ramen för NMP-19-2015-utlysningen av ramprogrammen för forskning och teknisk utveckling 2016 (pågår fortfarande) för utformning, utveckling, produktion och testning av en ny klass av ultrahärdiga keramiska matriskompositer som är förstärkta med kiselkarbidfibrer och kolfibrer och som lämpar sig för tillämpningar i svåra flyg- och rymdmiljöer.

RymdfarkosterRedigera

I detta avsnitt anges inga källor. Hjälp gärna till att förbättra det här avsnittet genom att lägga till citat till tillförlitliga källor. Otillgängligt material kan komma att ifrågasättas och tas bort. (Augusti 2014) (Lär dig hur och när du tar bort det här mallmeddelandet)

Apollo 12-kapselns ablativa värmesköld (efter användning) som visas upp på Virginia Air and Space Center

Termisk genomblödning av aerodynamiska värmesköldar som används på rymdfärjan.

Rymdfarkoster som landar på en planet med atmosfär, t.ex. jorden, Mars och Venus, gör det för närvarande genom att gå in i atmosfären med hög hastighet och är beroende av luftmotstånd snarare än raketkraft för att sakta ner dem. En bieffekt av denna metod för återinträde i atmosfären är aerodynamisk uppvärmning, som kan vara mycket destruktiv för strukturen hos en oskyddad eller felaktig rymdfarkost. En aerodynamisk värmesköld består av ett skyddande lager av specialmaterial för att avleda värmen. Två grundläggande typer av aerodynamiska värmesköldar har använts:

• En ablativ värmesköld består av ett skikt av plastharts, vars yttre yta värms upp till en gas, som sedan transporterar bort värmen genom konvektion. Sådana sköldar användes på rymdfarkosterna Mercury, Gemini, Apollo och Orion och används av SpaceX Dragon 2.
• En värmesköld använder ett isolerande material för att absorbera och stråla bort värmen från rymdfarkostens struktur. Denna typ användes på rymdfärjan och bestod av keramiska eller kompositplattor över större delen av farkostens yta, med förstärkt kol-kol-material på de punkter där värmebelastningen är som störst (nosen och vingarnas främre kanter). Skador på detta material på en vinge orsakade katastrofen med rymdfärjan Columbia 2003.

Med möjliga uppblåsbara värmesköldar, som utvecklats av USA (Low Earth Orbit Flight Test Inflatable Decelerator – LOFTID) och Kina, anses engångsraketer som Space Launch System kunna utrustas med sådana värmesköldar i efterhand för att rädda de dyra motorerna och på så sätt eventuellt sänka kostnaderna för uppskjutningar avsevärt.

Passiv kylningEdit

Passiva kylskydd används för att skydda rymdskepp under inträde i atmosfären för att absorbera värmetoppar och därefter utstråla lagrad värme till atmosfären. Tidiga versioner innehöll en betydande mängd metaller som titan, beryllium och koppar. Detta ökade fordonets massa avsevärt. Värmeabsorberande och ablativa system blev att föredra

Mercury-kapselns utformning (som visas med tornet) föreskrev ursprungligen användning av ett passivt kylt värmeskyddssystem, men konverterades senare till en ablativ sköld

I moderna fordon kan man dock hitta dem, men i stället för metall används förstärkt kol-kolmaterial. Detta material utgör det termiska skyddssystemet för nosen och de främre kanterna på rymdfärjan och föreslogs för fordonet X-33. Kol är det mest eldfasta material som är känt med en sublimeringstemperatur (för grafit) på 3825 °C. Dessa egenskaper gör det till ett material som är särskilt lämpligt för passiv kylning, men som har den nackdelen att det är mycket dyrt och ömtåligt.Vissa rymdfarkoster använder också en värmesköld (i konventionell fordonsförståelse) för att skydda bränsletankar och utrustning från den värme som produceras av en stor raketmotor. Sådana sköldar användes på Apollo Service Module och Lunar Module descend stage.

IndustryEdit

Värmesköldar fästs ofta på halvautomatiska eller automatiska gevär och hagelgevär som pipeskydd för att skydda användarens händer från den värme som orsakas av att skotten avfyras i snabb följd. De har också ofta fästs på pumpmekaniska hagelgevär för att göra det möjligt för soldaten att ta tag i pipan samtidigt som han eller hon använder en bajonett.