热障 百科内容来自于: 百度百科

当飞行器在稠密大气中作超音速飞行时,受激波与机体间高温压缩气体的加热和机体表面与空气强烈摩擦的影响,飞行器蒙皮的温度会随M数的提高而急剧上升。飞行 M数为 2.0时,机头处的温度略超过100℃。而当 M数等于3.0时,飞行器表面的温度则升至350℃左右,已超过了铝合金的极限温度,使其强度大大削弱。航空界把飞行器作高速飞行时所遭遇到的这种高温情况称之为“热障”。

定义

一般把M数 2.5作为“热障”的界线,低于这一值,气动加热不严重,可用常规的方法和材料设计、制造飞机;高于该值,则必须采取克服气动加热问题的措施,如用耐高温的钢或钛合金制造飞机的蒙皮和框架等。宇宙飞船和返回式卫星在重返大气层时,M数更高,它们的外表温度可达1000多度。为保证其不致被烧毁,飞船和返回式卫星的头部得用烧蚀材料包上一层,让它在高温时烧掉,以吸收气动加热时产生的热能

相关信息

在晴朗的夜晚,仰望灿烂星空,有时会看到耀眼的陨星,倏忽即逝。它为什么会发光呢? 原来,这是高速飞行的陨星进入大气层与空气剧烈摩擦,猛烈燃烧而发出的光亮 。当宇宙 航天器完成任务返回地球时,面临着与陨星同样的残酷生存环境。研究表明, 当宇宙飞行 器的飞行速度达到3倍声速时,其前端温度可达330℃;当飞行速度为6倍声速时,可达1480℃ 。
宇宙飞行器遨游太空归来,到达离地面60-70千米时,速度仍然保持在声的20多倍,温度在10000℃以上,这样的高温足以把航天器化作一团烈火。高速导致高温这似乎是一道不可逾越的障碍,人们把这种障碍称为热障。显然热障并没有阻挡住人类挺进宇 宙的步伐, 那么科学家们是如何服热障,使航天器安全回家的呢?
陨石穿越太空到达地球的神奇经历给了科学家们以特殊的启迪。分析陨石的成分和机构发现 ,陨石表面虽然已经熔融,但内部的化学成分没有发生变化。这说明陨石在下落过程中, 表面因摩擦生热达到几千度高温面熔融,但由于穿过大气层的时间很短,热量来不及传到陨石内部。给宇宙飞行器的头部戴一顶用烧蚀材料制成“盔甲”,把摩擦产生的热量消耗在烧蚀材料的熔融、汽化等一系列物理和化学变化中,“丢卒保车”就能达到保护宇宙飞 行器的目的。
一位宇航员描述了宇宙飞船闯过热障的壮观景象:飞船进入大气层,首先从舷窗中看到烟雾,然后出现五彩缤纷的火焰,同时发出噼噼啪啪的声音。这是飞船头部的烧蚀材料在燃烧 ,它们牺牲了自己,把飞船内的温度始终维持在常温范围,保护飞船平安返回地面。

烧蚀材料

作为烧蚀材料,要求汽化热大,热容量大,绝热性好,向外界辐射热量的本领强。 烧蚀材料有多种,陶瓷是其中的佼佼者,而纤维补强陶瓷材料是最佳选择。近年来,研制成功了许多 具有高强度、用它们制成的碳化物、氮化物复合陶瓷是优异的烧蚀材料, 成为航天飞行器的不破盔甲。

阻碍速度

当飞行速度快接近音速时,飞机的性能急剧变化,操纵困难,飞行速度再也上不去了。这就是所谓的“音障”。造成“音障”的原因,主要是因为飞机上出现了局部超音速区,出现了激波,使气流严重分离,阻力剧增。解决这一问题的办法,一是采用后掠翼等先进气动布局,二是进一步加大发动机推力。
飞机在空中飞行,会与空气发生摩擦,空气受到阻滞和压缩,流速降低,动能转化为热能,使飞机表面加热。如马赫数3时,机头温度可上升到360摄氏度。它造成的危害会使蒙皮和结构变形,使仪表设备失灵,燃料蒸发或易燃等,从而成为影响飞机速度提高的一个障碍,这种现象就是“热障”。

解决办法

采用耐热材料(钛合金和不锈钢等)、加装隔热设备、安装冷却系统等,保证飞机不会因高温而损毁。

飞机失事

美国宇航局确认,美国“哥伦比亚”号航天飞机外部燃料箱表面泡沫材料安装过程中存在的缺陷,是造成整起事故的祸首。“哥伦比亚”号航天飞机事故调查委员会去年公布的调查报告称,外部燃料箱表面脱落的一块泡沫材料击中航天飞机热保护系统,是导致事故发生的主要原因。
事故发生后,由于无法迅速找回事发时的泡沫材料和燃料箱进行检验,宇航局和事故调查委员会一直没对事故原因作出最终定论。目前,“哥伦比亚”号外部燃料箱约50万块碎片已被找到并重新拼在一起。宇航局负责“哥伦比亚”号外部燃料箱工程的首席工程师尼尔·奥特说,宇航局经多次试验确定,泡沫材料安装过程有缺陷是造成事故的主要原因。
奥特说,泡沫材料本身的化学成分没有问题,问题在于用喷枪在燃料箱外敷设泡沫材料的过程。试验表明,目前的敷设工艺会在各块泡沫材料之间留下缝隙,液态氢能够渗入其间。航天飞机起飞后,氢气受热膨胀,最终导致大块泡沫材料脱落。撞击“哥伦比亚”号的泡沫材料有手提箱大小,重约0.75公斤。它几乎是被整块“撕下”后,高速撞击到航天飞机左翼前缘的热保护系统,并形成裂隙。航天飞机重返大气层时,超高温气体得以从裂隙处进入“哥伦比亚”号机体,造成航天飞机解体。
奥特说,根据新标准对燃料箱进行检测是目前摆在美国宇航局面前的最大障碍。新标准要求,不允许有0.5盎司(14.17克)以上的燃料箱外泡沫材料脱落。美国宇航局目前准备对所有航天飞机的11个燃料箱进行检测,检查每个燃料箱需要4千万美元。
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- 来自原声例句
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