Grijani zrak. §33. Grijanje zraka i njegova temperatura Šta određuje zagrijavanje zraka

  - uređaji koji se koriste za grijanje zraka u dovodnim ventilacijskim sustavima, klimatizacijskim sustavima, grijanju zraka, kao i u sušarama.

Prema vrsti nosača topline, grijači mogu biti vatreni, vodeni, parni i električni .

Najveća distribucija trenutno su grijači vode i pare, koji su podijeljeni na glatke i rebraste; ovi se zauzvrat dijele na lamelarne i spiralno namotane.

Postoje jednosmjerni i višesmjerni grijači. U jednostrukom prolazu rashladna tekućina se kreće duž cijevi u jednom smjeru, a kod višestrukih prolaza nekoliko puta mijenja smjer kretanja zbog prisutnosti pregrada u poklopcima kolektora (Sl. XII.1).

Grijači rade dva modela: srednji (C) i veliki (B).

Potrošnja topline za zagrijavanje zraka određena je formulama:

gde Q "- potrošnja topline za zagrijavanje zraka, kJ / h (kcal / h); P- isto, W; 0,278 - faktor konverzije kJ / h u W; G- masa mase zagrijanog zraka, kg / h, jednaka Lp [ovdje L- zapreminska količina zagrijanog zraka, m 3 / h; p - gustina zraka (pri temperaturi t K)kg / m 3]; sa- specifična toplina zraka jednaka 1 kJ / (kg-K); t do - temperatura zraka nakon grijača, ° C; t n- temperatura zraka do grijača, ° C

Za grijače prvog stupnja grijanja temperatura tn jednaka je temperaturi vanjskog zraka.

Pretpostavlja se da je vanjska temperatura jednaka izračunatoj temperaturi ventilacije (klimatski parametri kategorije A) pri projektiranju općenito izmjenjivačke ventilacije, dizajnirane za borbu protiv viška vlage, topline i plinova s \u200b\u200bmaksimalnom dozvoljenom koncentracijom većom od 100 mg / m3. Prilikom projektiranja opće ventilacije dizajnirane za obradu plinova maksimalne dopuštene koncentracije manje od 100 mg / m3, kao i kod projektiranja ventilacije svježim zrakom radi kompenzacije zraka koji se uklanja lokalnim usisavanjem, procesnim kapuljačama ili pneumatskim transportnim sustavima, vanjska se temperatura pretpostavlja da je jednaka izračunatoj vani temperatura tn za dizajn grijanja (klimatski parametri kategorije B).

Dovodni zrak s temperaturom jednakom temperaturi unutarnjeg zraka tV za ovu prostoriju treba dovoditi u prostoriju bez viška topline. U prisustvu toplotnih viškova, dovodni zrak se dovodi na sniženoj temperaturi (za 5-8 ° C). Ne preporučuje se dovod zraka sa temperaturom nižom od 10 ° C u prostor čak i uz prisutnost velike vrućine zbog mogućnosti prehlade. Izuzetak je upotreba posebnih anemostata.

Potrebna površina grijanja grijača Fk m2, određena je formulom:

gde P- potrošnja topline za zagrijavanje zraka, W (kcal / h); TO- koeficijent prenosa topline grijača, W / (m 2 -K) [kcal / (h-m 2 - ° S)]; t usp. — prosječna temperatura  rashladno sredstvo, 0 C; t avg - prosječna temperatura zagrijanog zraka koji prolazi kroz grijač, ° C, jednaka (t n + t k) / 2.

Ako para služi kao rashladna tekućina, tada je prosječna temperatura rashladne tečnosti tav.T. jednaka temperaturi zasićenja pri odgovarajućem tlaku pare.

Za temperaturu vode tav.T. definirana kao aritmetička sredina temperature tople i povratne vode:

Faktor sigurnosti 1.1-1.2 uzima u obzir gubitak topline zbog hlađenja zraka u kanalima.

Koeficijent prijenosa topline grijača K ovisi o vrsti rashladne tekućine, masnoj brzini zraka vp kroz grijač zraka, geometrijskim dimenzijama i dizajnerskim značajkama grijača zraka, brzini protoka vode kroz cijevi grijača zraka.

Pod masnom brzinom podrazumijeva se masa zraka, kg, koja prolazi 1 s kroz 1 m2 životnog dijela grijača zraka. Masna brzina vp, kg / (cm2), određena formulom

Na osnovu površine poprečnog presjeka f † i površine grijanja FK odabire se model, marka i broj grijača. Nakon odabira grijača, brzina mase zraka određuje se prema stvarnoj životnoj površini grijača zraka fD ovog modela:

gde su A, A 1, n, n 1 i t- koeficijente i eksponente, ovisno o dizajnu grijača

Brzina vode u cijevima grijača zraka ω, m / s, određena je formulom:

gdje je Q "potrošnja topline za zagrijavanje zraka, kJ / h (kcal / h); pv je gustoća vode jednaka 1000 kg / m3, sv je specifična toplina vode jednaka 4,19 kJ / (kg-K); fTP je površina poprečnog presjeka za prolazak rashladne tečnosti, m2, tg - temperatura vruća voda  u dovodu, ° S; t 0 - temperatura vode u povratku, 0S.

Na toplotni prenos grijača utječe shema cjevovoda. U paralelnoj shemi povezivanja cjevovoda, samo jedan dio nosača topline prolazi kroz zasebni grijač zraka, a u sekvencijalnoj šemi sav nosač topline prolazi kroz svaki grijač zraka.

Otpor grijača zraka na prolaz zraka p, Pa, izražava se sljedećom formulom:

gdje su B i z koeficijent i eksponent, koji ovise o dizajnu grijača.

Otpor sekvencijalnih grijača jednak je:

gdje je t broj uzastopnih grijača. Proračun se završava provjerom toplotne snage (prijenosa topline) grijača prema formuli

gdje je QK prijenos topline grijača, W (kcal / h); QK - isto, kJ / h, 3,6 - faktor konverzije W u kJ / h FK - površina grijanja grijača, m2, usvojena kao rezultat izračuna grijača ove vrste; K - koeficijent prolaska topline grijača, W / (m2-K) [kcal / (h-m2- ° S)]; tav.v - prosječna temperatura zagrijanog zraka koji prolazi kroz grijač zraka, ° S; tav T je prosječna temperatura rashladne tečnosti, ° C.

Pri odabiru grijača uzima se marža za izračunatu površinu grijanja u rasponu od 15 - 20%, za otpor prolaza zraka - 10%, a za otpor kretanja vode - 20%.

Kad sunce više greje - kad stoji iznad glave ili kada ispod?

Sunce više greje kad je veće. Sunčeve zrake u ovom slučaju padaju pod pravim uglom, ili blizu pravog ugla.

Koje vrste rotacije Zemlje znate?

Zemlja se okreće oko svoje osi i oko sunca.

Zašto se na Zemlji mijenjaju dan i noć?

Promjena dana i noći rezultat je aksijalne rotacije Zemlje.

Utvrdite kako se kut upada sunčeve svjetlosti razlikuje 22. i 22. decembra u paralelama od 23,5 ° C. w. i y. W .; na paralelama 66,5 ° c. w. i y. w.

22. juna ugao upadanja sunčeve svjetlosti na paralelu 23.50 sjeverne širine 900 S - 430. Paralelno, 66,50 N - 470, 66,50 S - klizni kut.

22. decembra kut upadanja sunčeve svjetlosti na paralelu iznosi 23.50 N 430 S - 900. Paralelno, 66,50 N - klizni kut, 66,50 s.sh. - 470.

Razmislite zašto najtopliji i najhladniji mjeseci nisu lipanj i decembar, kada sunčeve zrake imaju najveći i najmanji kut upada na zemljinu površinu.

Atmosferski zrak se zagrijava pomoću zemaljska površina. Zbog toga se u junu zemaljska površina zagrijava, a temperatura u srpnju dostiže maksimum. Dešava se i zimi. U decembru se zemaljska površina hladi. U januaru se vazduh hladi.

Definišite:

prosječna dnevna temperatura prema četiri mjerenja dnevno: -8 ° S, -4 ° S, + 3 ° S, + 1 ° S.

Prosječna dnevna temperatura je -20C.

prosječna godišnja temperatura Moskve, koristeći podatke iz tablice.

Prosječna godišnja temperatura je 50C.

Odredite dnevnu amplitudu temperature za termometre na slici 110, c.

Amplituda temperature na slici je 180C.

Odredite za koliko stepeni godišnja amplituda u Krasnojarsku je veća nego u Sankt Peterburgu ako je srednja srpanjska temperatura u Krasnojarsku + 19 ° C, a u januaru -17 ° C; u Sankt Peterburgu + 18 ° C i -8 ° C.

Amplituda temperatura u Krasnojarsku 360S.

Amplituda temperature u Sankt Peterburgu je 260C.

Amplituda temperature u Krasnojarsku je veća od 100C.

Pitanja i zadaci

1. Kako se zrak u atmosferi zagrijava?

Prolazeći sunčeve zrake, atmosfera iz njih gotovo da i ne zagrijava. Zemljina površina se zagreva i sama postaje izvor toplote. Iz njega se zagrijava atmosferski zrak.

2. Za koliko stupnjeva se temperatura troposfere smanjuje pri porastu na svakih 100 m?

Sa porastom godišnje na svakom kilometru, temperatura zraka opada za 6 0C. To znači 0,60 na svakih 100 m.

3. Izračunajte temperaturu vazduha iza leta aviona ako je visina leta 7 km, a temperatura na zemljinoj površini + 200S.

Temperatura pri usponu od 7 km snizit će se za 420. To znači da će temperatura na boku biti -220.

4. Je li moguće susresti glečer u planinama na nadmorskoj visini od 2500 m, ako je u podnožju planine temperatura + 250C.

Temperatura na nadmorskoj visini od 2500 m iznosiće + 100S. Ledenik se neće susresti na nadmorskoj visini od 2500 m.

5. Kako se i zašto mijenja temperatura zraka tokom dana?

Tokom dana, sunčeve zrake osvjetljavaju zemljinu površinu i zagrijavaju je, a zrak se zagrijava s nje. Noću solarna energija prestaje i površina se postepeno hladi zrakom. Sunce je najvise iznad horizonta u podne. U ovo vrijeme dolazi većina solarne energije. Međutim, najviša temperatura primjećuje se 2-3 sata nakon podneva, jer je potrebno vrijeme za prenošenje topline sa zemljine površine u troposferu. Najniža temperatura javlja se prije izlaska sunca.

6. Šta određuje razliku u zagrijavanju Zemljine površine tokom godine?

Tokom godine na istu teritoriju sunčeve zrake padaju na površinu na različite načine. Kad je kut upadanja zraka strmiji, površina prima više sunčeve energije, temperatura zraka raste i dolazi ljeto. Kada se sunčeve zrake više naginju, površina se slabo zagrijava. Temperatura zraka u ovo vrijeme opada, a dolazi i zima. Najtopliji mjesec na sjevernoj hemisferi je jul, a najhladniji januar. AT Južna hemisfera  - naprotiv: najhladniji mjesec u godini je jul, a najtopliji je januar.

Prolaze kroz prozirnu atmosferu bez zagrijavanja, dopiru do zemljine površine, zagrijavaju je i iz nje se zrak naknadno zagrijava.

Stupanj zagrijavanja površine, a samim tim i zraka, prije svega ovisi o zemljopisnoj širini područja.

Ali u svakoj će se točki (t o) određivati \u200b\u200bi niz faktora, među kojima su glavni:

A: visina;

B: temeljna površina;

B: udaljenost od obala okeana i mora.

A - S obzirom da se vazduh zagreva sa zemljine površine, manja je apsolutna visina tog područja, viša je temperatura vazduha (na jednoj zemljopisnoj širini). U uvjetima zraka nezasićene vodenom parom primjećuje se obrazac: pri porastu na svakih 100 metara nadmorske visine temperatura (t o) se smanjuje za 0,6 o C.

B - Kvalitativne karakteristike površine.

B 1 - različite boje i strukture površine na različite načine apsorbiraju i odražavaju sunčeve zrake. Maksimalna reflektivnost tipična je za snijeg i led, najmanja za tamno obojena tla i stijene.

Sunčevo svjetlo Zemlji u dane solsticija i ekvinoksa.

B 2 - različite površine imaju različitu toplinsku snagu i prijenos topline. Tako se vodena masa Svjetskog okeana, koja zauzima 2/3 Zemljine površine, zagrijava vrlo sporo i hladi se vrlo sporo zbog velikog toplotnog kapaciteta. Zemljište se brzo zagrijava i brzo hladi, tj. Da bi se zagrijalo na istu t oko 1 m 2 zemlje i 1 m 2 vodene površine potrebno je potrošiti drugačiju količinu energije.

U - s obala u unutrašnjosti količina vodene pare u zraku opada. Što je atmosfera transparentnija, to je manje sunčeve svetlosti raspršeno u njoj, a sve sunčeve zrake dopiru do Zemljine površine. U prisustvu veliki broj  vodena para u zraku, kapljice vode reflektiraju, raspršuju se, apsorbiraju sunčeve zrake i ne stižu svi na površinu planete, zato se smanjuje njezino zagrijavanje.

Najviše temperature zraka zabilježene u područjima tropskih pustinja. U središnjim predjelima Sahare skoro 4 mjeseca temperatura je u hladu veća od 40 ° C. Istovremeno, na ekvatoru, gdje je kut upada sunčeve svjetlosti najveći, temperatura ne prelazi +26 ° C.

S druge strane, Zemlja kao grijano tijelo zrači energijom u prostor uglavnom u dugovalnom infracrvenom spektru. Ako je zemaljska površina umotana u "pokrivač" oblaka, onda sve infracrvene zrake ne napuštaju planetu, jer ih oblaci odgađaju, odražavajući se na Zemljinu površinu.

Uz vedro nebo, kada u atmosferi ima malo vodene pare, infracrveni zraci koje planeta emitira slobodno prelaze u svemir, a zemaljska se površina hladi, a hladi se i time smanjuje temperatura zraka.

Literatura

1. Zubashchenko E.M. Regionalni fiziografija. Zemaljske klime: Priručnik za obuku. 1. dio / E.M. Zubashchenko, V.I. Shmykov, A.Ya. Nemykin, N.V. Polyakova. - Voronjež: Voronješki državni pedagoški univerzitet, 2007. - 183 str.

Studije provedene na prijelazu 1940-1950-ih omogućile su nam da razvijemo niz aerodinamičkih i tehnoloških rješenja koja omogućavaju sigurno prevladavanje zvučne barijere čak i proizvodnim zrakoplovima. Tada se činilo da osvajanje zvučne barijere stvara neograničene mogućnosti za daljnje povećanje brzine leta. U samo nekoliko godina okolo je letelo oko 30 vrsta nadzvučnih letjelica, od čega je značajan broj stavljen u serijsku proizvodnju.

Raznolikost korištenih rješenja dovela je do toga da su mnogi problemi povezani s letenjem velikim nadzvučnim brzinama sveobuhvatno proučeni i riješeni. Međutim, pojavili su se novi problemi, mnogo složeniji od zvučne barijere. Nastaju zbog zagrijavanja strukture letjelica tokom leta velikom brzinom u gustim slojevima atmosfere. Ova nova prepreka nekada se zvala toplotna barijera. Za razliku od zvuka, novu barijeru ne može okarakterizirati konstanta, slična brzini zvuka, jer ovisi i o parametrima leta (brzina i visina) i dizajnu letvice (dizajnerska rješenja i korišteni materijali), kao i o opremi zrakoplova (klimatizacija, hlađenje itd.). P.). Dakle, koncept „termičke barijere“ uključuje ne samo problem opasnog zagrijavanja konstrukcije, već i pitanja poput prijenosa topline, svojstava čvrstoće materijala, principa dizajna, klimatizacije itd.

Zagrijavanje zrakoplova u letu javlja se uglavnom iz dva razloga: iz aerodinamičkog povlačenja protoka zraka i od topline stvorene pogonskim sustavom. Obje ove pojave sačinjavaju proces interakcije između medija (zrak, ispušni plinovi) i strujne krute tvari (zrakoplov, motor). Drugi fenomen je tipičan za sve zrakoplove i povezan je s povećanjem temperature konstrukcijskih elemenata motora koji apsorbiraju toplinu iz zraka komprimiranog u kompresoru, kao i iz proizvoda izgaranja u komori i ispušnoj cijevi. Pri letenju pri velikim brzinama, unutarnje zagrijavanje zrakoplova nastaje i uslijed kočenja zraka u zračnom kanalu ispred kompresora. Pri letu pri malim brzinama, zrak koji prolazi kroz motor je relativno niska temperaturauslijed čega ne dolazi do opasnog zagrijavanja konstrukcijskih elemenata zračnog okvira. Pri velikim brzinama leta ograničenje zagrijavanja strukture zračnog okvira s vrućih elemenata motora osigurava se dodatnim hlađenjem zraka niskim temperaturama. Obično se koristi zrak koji se preusmjerava iz usisnog zraka pomoću vodiča koji razdvaja granični sloj, kao i zrak koji se zarobljava iz atmosfere pomoću dodatnih usisa koji se nalaze na površini čahure motora. U motorima sa dva kruga, za hlađenje se koristi i vanjski (hladni) zrak.

Dakle, nivo toplotne barijere za nadzvučni avion određuje se vanjskim aerodinamičkim grijanjem. Intenzitet zagrijavanja površine koju struji zrak ovisi o brzini leta. Pri malim brzinama ovo grijanje je toliko beznačajno da se porast temperature možda neće uzeti u obzir. Pri velikoj brzini protok zraka ima visoku kinetičku energiju, pa samim tim porast temperature može biti značajan. To se odnosi i na temperaturu unutar zrakoplova, jer protok velike brzine, koji je inhibiran u dovodu zraka i komprimiran u kompresoru motora, postiže toliko visoku temperaturu da nije u mogućnosti da uklanja toplinu iz vrućih dijelova motora.

Rast temperature kože zrakoplova kao posljedica aerodinamičkog zagrijavanja uzrokovan je viskozitetom zraka koji struji oko zrakoplova, kao i njegovim sabijanjem na frontalnim površinama. Zbog gubitka brzine čestica zraka u pograničnom sloju kao posljedica viskoznog trenja, raste temperatura cijele strujnije površine zrakoplova. Zbog kompresije zraka temperatura se podiže, međutim, samo lokalno (na to uglavnom utječe luk trupa, vjetrobransko staklo pilotske kabine i posebno vodeći rubovi krila i pljusak), ali češće doseže vrijednosti koje nisu sigurne za strukturu. U ovom slučaju se na nekim mjestima događa gotovo direktan sud protoka zraka s površinom i potpuno dinamično kočenje. U skladu s načelom uštede energije, sva se kinetička energija toka pretvara u toplinsku i tlačnu energiju. Odgovarajuće povećanje temperature izravno je proporcionalno kvadratu brzine protoka prije kočenja (ili, ne vodeći računa o vjetru, kvadratu brzine zrakoplova) i obrnuto je proporcionalno visini leta.

Teoretski, ako je protok u stabilnom stanju, vrijeme je mirno i bez oblaka i nema prijenosa topline zračenjem, tada toplina ne prodire u strukturu, a temperatura kože je blizu takozvane adijabatske temperature kočenja. Njegova ovisnost o Machovom broju (brzina i visina) dana je u tabeli. 4.

U stvarnim uvjetima, porast temperature kože zrakoplova od aerodinamičkog grijanja, tj. Razlika između temperature kočenja i temperature okoline, nešto je manja zbog razmjene topline sa medijem (putem zračenja), susjednim strukturnim elementima itd. Pored toga, dolazi do potpune inhibicije protoka. samo na takozvanim kritičnim točkama koje se nalaze na izbočenim dijelovima zrakoplova, a priljev topline u kožu ovisi i o prirodi pograničnog sloja zraka (on je intenzivniji za turbulentni pogranični sloj). Značajan pad temperature nastaje i prilikom letenja kroz oblake, posebno kada sadrže pregrijanu kapljicu vode i kristale leda. Za takve uvjete leta pretpostavlja se da pad temperature kože u kritičnoj tački u odnosu na teoretsku temperaturu kočenja može doseći čak 20-40%.

Tabela 4. Zavisnost temperature kože od Mahovog broja

Unatoč tome, cjelokupno zagrijavanje zrakoplova u letu nadzvučnim brzinama (posebno na maloj nadmorskoj visini) ponekad je toliko veliko da porast temperature pojedinih elemenata zrakoplova i opreme dovodi ili do njihovog uništenja ili, barem, do potrebe za promjenom načina leta. Na primjer, pri istraživanju letjelice KhV-70A u letovima na nadmorskoj visini većoj od 21 000 m brzinom M \u003d 3, temperatura ulaznih rubova usisnog zraka i vodećih ivica krila bila je 580-605 K, a ostatka kože 470-500 K. do tako velikih vrijednosti možemo u potpunosti uvažiti ako uzmemo u obzir činjenicu da čak i na temperaturama od oko 370 K organsko staklo, koje se obično koristi za ostakljivanje kabina, omekšava, zagrijava gorivo, a obično ljepilo gubi čvrstoću. Pri 400 K jakost duralumina znatno se smanjuje, pri 500 K dolazi do kemijskog raspadanja radnog fluida u hidrauličkom sustavu i brtve se pokidaju, pri 800 K legura titana gubi svoja mehanička svojstva, aluminij i magnezij se tope pri temperaturama iznad 900 K, a čelik omekšava. Povećanje temperature dovodi i do uništavanja prevlaka od kojih se mogu koristiti anodiziranje i kromiranje do 570 K, popločavanje niklom do 650 K i srebro do 720 K.

Nakon pojave ove nove prepreke povećanju brzine leta, istraživanja su započela s uklanjanjem ili ublažavanjem njenih učinaka. Načini zaštite aviona od efekata aerodinamičkog grijanja određuju se faktorima koji sprečavaju porast temperature. Osim nadmorske visine i atmosferskih uvjeta, značajan utjecaj na stupanj zagrijavanja zrakoplova imaju:

- koeficijent toplotne provodljivosti materijala kože;

- veličini površine (posebno frontalne) zrakoplova; -flight time.

Slijedi da su najjednostavniji načini smanjenja zagrijavanja građevine povećavanje visine leta i ograničavanje njezinog trajanja na minimum. Te su metode korištene u prvim nadzvučnim zrakoplovima (posebno u eksperimentalnim). Zbog prilično velike toplinske provodljivosti i toplinskog kapaciteta materijala koji se koriste za izradu toplotnih opterećenja konstrukcijskih elemenata zrakoplova, od trenutka kada zrakoplov dostigne veliku brzinu do trenutka zagrijavanja pojedinih konstrukcijskih elemenata na izračunatu temperaturu kritične tačke, obično je dovoljno dovoljno veliko vrijeme. Na letovima koji traju nekoliko minuta (čak i na malim visinama) ne postižu se razorne temperature. Let na velikim visinama odvija se u uslovima niske temperature (oko 250 K) i niske gustine vazduha. Kao rezultat toga, količina topline koju odvaja tok na površine zrakoplova je mala, a izmjena topline traje duže, što u velikoj mjeri ublažava ozbiljnost problema. Sličan rezultat daje i ograničenje brzine zrakoplova na malim visinama. Na primjer, tijekom leta iznad zemlje brzinom od 1600 km / h, jačina duralumina smanjuje se samo za 2%, a porast brzine na 2400 km / h dovodi do smanjenja snage i do 75% u odnosu na izvornu vrijednost.

Sl. 1.14. Raspodjela temperature u zračnom kanalu i u motoru zrakoplova Concord tijekom leta s M \u003d 2.2 (a) i temperatura kože zrakoplova XB-70A tijekom leta pri konstantnoj brzini od 3200 km / h (b).

Međutim, potreba da se osiguraju sigurni radni uvjeti u cijelom rasponu korištenih brzina leta i visine prisiljava dizajnere na traženje odgovarajućih tehničkih sredstava. Budući da zagrijavanje konstrukcijskih elemenata zrakoplova uzrokuje smanjenje mehaničkih svojstava materijala, pojavu toplinskih naprezanja u konstrukciji, kao i pogoršanje radnih uvjeta posade i opreme, takva tehnička sredstva koja se koriste u postojećoj praksi mogu se podijeliti u tri skupine. Oni obuhvaćaju upotrebu 1) materijala otpornih na toplinu, 2) dizajnerska rješenja koja pružaju potrebnu izolaciju i dozvoljenu deformaciju dijelova, i 3) rashladne sustave za kabinu posade i odjeljke opreme.

U zrakoplovima s najvećom brzinom M \u003d 2,0-1-2,2, široko se koriste legure aluminija (duralumin), koje karakterizira relativno visoka čvrstoća, niska gustoća i očuvanje svojstava čvrstoće uz lagani porast temperature. Duralumin se obično nadopunjava čeličnim ili titanovim legurama iz kojih su dijelovi zračnog prostora izloženi najvećim mehaničkim ili toplotnim naprezanjima. Titanove legure korištene su već u prvoj polovici 50-ih, prvo u vrlo malom obimu (sada njihovi detalji mogu činiti do 30% mase zrakoplova). U eksperimentalnim zrakoplovima s M ~ 3, potrebno je koristiti čelične legure otporne na toplinu kao glavni konstrukcijski materijal. Ovakvi čelici zadržavaju dobra mehanička svojstva na visokim temperaturama, tipičnim za letove sa hipersoničnim brzinama, ali njihovi nedostaci su velika cijena i velika gustoća. U izvesnom smislu ovi nedostaci ograničavaju razvoj zrakoplova velike brzine, stoga se istražuju i drugi materijali.

U 70-im godinama su se koristili prvi eksperimenti s berilijem, kao i kompozitnim materijalima na bazi bora ili ugljičnih vlakana, u dizajniranju aviona. Ovi su materijali još uvijek visoki, ali ih istovremeno odlikuju niska gustina, velika čvrstoća i krutost, kao i značajna otpornost na toplinu. Primjeri specifičnih primjena ovih materijala u konstrukciji jedrilice dati su u opisima pojedinih zrakoplova.

Drugi faktor koji značajno utječe na performanse grijane konstrukcije zrakoplova je učinak takozvanih toplotnih naprezanja. Nastaju kao rezultat temperaturnih razlika između vanjskih i unutarnjih površina elemenata, a posebno između kože i unutarnjih konstrukcijskih elemenata zrakoplova. Površinsko grijanje okvira dovodi do deformacije njegovih elemenata. Na primjer, može doći do izvijanja kože krila što će rezultirati promjenom aerodinamičkih performansi. Stoga se u mnogim zrakoplovima koristi lemljeni (ponekad zalijepljeni) višeslojni omotač koji se odlikuje velikom čvrstinom i dobrim izolacijskim svojstvima ili se koriste unutarnji konstrukcijski elementi s odgovarajućim kompenzatorima (na primjer, u zrakoplovu F-105 bočni zidovi članova izrađeni su od valovitog lima). Poznati su i eksperimenti hlađenja krila gorivom (na primjer, zrakoplovom X-15) koji protječe ispod kože na putu od rezervoara do mlaznica komore za izgaranje. Međutim, pri visokim temperaturama, gorivo se obično podvrgava koksanju, pa se takvi eksperimenti mogu smatrati neuspješnim.

Trenutno se proučavaju različite metode, uključujući nanošenje izolacijskog sloja vatrostalnih materijala raspršivanjem plazmom. Ostale razmatrane obećavajuće metode nisu našle primjenu. Između ostalog, predloženo je korištenje "zaštitnog sloja" stvorenog puhanjem gasa u kućište, hlađenjem "znojenjem" nanošenjem tečnosti sa visokom temperaturom isparavanja na površinu kroz porozno kućište, kao i hlađenjem stvorenim topljenjem i uvlačenjem dela kućišta (ablativni materijali).

Prilično specifičan i istovremeno vrlo važan zadatak je održavanje odgovarajuće temperature u pilotskoj kabini i u odjeljcima opreme (posebno elektroničke), kao i temperature goriva i hidrauličkih sustava. Trenutno se ovaj problem rješava korištenjem visoko učinkovitih sistema klimatizacije, hlađenja i hlađenja, efikasne toplotne izolacije, upotrebe hidrauličkih tekućina s visokim temperaturama isparavanja itd.

Probleme povezane s toplotnom barijerom treba rješavati sveobuhvatno. Svaki napredak na ovom području gura barijeru za ovu vrstu zrakoplova prema većoj brzini leta, ne isključujući ga kao takvog. Međutim, želja za još većim brzinama dovodi do stvaranja još složenijih struktura i opreme koja zahtijeva uporabu boljih materijala. To ima primjetni učinak na težinu, troškove kupovine i na troškove rada i održavanja zrakoplova.

Iz gornje tabele. Iz podataka o borbenim avionima vidi se da se u većini slučajeva maksimalna brzina od 2200-2600 km / h smatrala racionalnom. Samo se u nekim slučajevima vjeruje da bi brzina zrakoplova trebala biti veća od M ~ 3. Zrakoplovi koji mogu razvijati takve brzine uključuju eksperimentalna vozila X-2, XB-70A i T. 188, izviđačke SR-71, kao i E-266.

1*   Hlađenje je prisilni prijenos topline iz hladnog izvora u sredinu s visokom temperaturom, dok se umjetno suprotstavlja prirodnom smjeru kretanja topline (iz toplog tijela u hladno kada se odvija proces hlađenja). Najjednostavniji hladnjak je hladnjak za kućanstvo.

Aerodinamičko grijanje

zagrevanje tela koja se kreću velikom brzinom u vazduhu ili drugom gasu. A. n. - rezultat činjenice da su molekule zraka koje lete na tijelo inhibirane u blizini tijela.

Ako se let izvodi nadzvučnom brzinom usjeva, kočenje se javlja prvenstveno u udarnom valu (vidi. Udarni val) ,   koji nastaju pred tijelom. Daljnja inhibicija molekula vazduha događa se direktno na površini tela, u granicni sloj (vidi Granicni sloj). Pri kočenju molekula vazduha, toplotna energija  povećava, tj. temperatura plina u blizini površine tijela koje se kreće povećava maksimalnu temperaturu do koje se plin može zagrijati u blizini pokretnog tijela, bliska je tzv. temperatura kočenja:

T 0 = T  n + v 2 / 2c p,

gde T n -  temperatura vazduha v -  brzina leta tijela c p - specifična toplina  gas pri konstantnom pritisku. Tako, na primjer, prilikom letanja nadzvučnog aviona s trostrukom brzinom zvuka (oko 1 km / s) temperatura kočenja je oko 400 ° C, a kada svemirska letjelica ulazi u Zemljinu atmosferu s prvom svemirskom brzinom (8,1 km / s) temperatura kočenja doseže 8000 ° C. Ako u prvom slučaju s dovoljno dugim letom temperatura kože zrakoplova dosegne vrijednosti bliske temperaturi kočenja, tada će u drugom slučaju površina svemirskog broda neminovno početi propadati zbog nemogućnosti materijala da izdrže tako visoke temperature.

Iz područja plina s povišenom temperaturom toplina se prenosi u pokretno tijelo, a A. n. Postoje dva oblika A. n. - konvekcijskim i zračenjem. Konvektivno zagrevanje posledica je prenosa toplote sa spoljnog, „vrućeg“ dela graničnog sloja na površinu tela. Kvantitativno konvektivni toplotni tok određuje se iz omjera

q k \u003d a(T e -T  w)

gde T e -  ravnotežna temperatura (granična temperatura do koje se površina tijela može ugrijati da nema uklanjanja energije), T  w stvarna temperatura na površini, a  - konvektivni koeficijent prenosa topline, ovisno o brzini i visini leta, obliku i veličini tijela, kao i drugim faktorima. Ravnotežna temperatura je blizu temperature stagnacije. Tip zavisnosti od koeficijenta i  od navedenih parametara određuje se režim protoka u pograničnom sloju (laminarni ili turbulentni). U slučaju turbulentnog protoka, konvektivno grijanje postaje intenzivnije. To je zbog činjenice da, pored molekularne toplotne provodljivosti, turbulentne pulsacije brzina u pograničnom sloju počinju igrati važnu ulogu u prijenosu energije.

S povećanjem brzine leta, temperatura zraka iza udarnog vala i u pograničnom sloju povećava se kao rezultat toga disocijacija i ionizacija molekuli. Atomi, joni i elektroni nastali u ovom procesu difundiraju u hladniju regiju - na površinu tijela. Postoji obrnuta reakcija (rekombinacija) ,   ide uz oslobađanje topline. To daje dodatni doprinos konvektivnom A. n.

Kada dostignete brzinu leta od oko 5000 gospođa  temperatura iza udarnog vala dostiže vrijednosti pri kojima plin počinje zračiti. Zbog zračenja zračenja iz područja sa povišenom temperaturom na površini tijela, dolazi do grijanja zračenjem. U ovom slučaju najveću ulogu igra zračenje u vidljivoj i ultraljubičastoj regiji spektra. Kada leti u Zemljinoj atmosferi brzinom brzinom ispod prvog prostora (8.1 km / s) grijanje zračenjem je malo u usporedbi s konvektivnim. Na drugoj svemirskoj brzini (11.2 km / s) njihove vrijednosti postaju bliske, a brzinom leta 13-15 km / s i više, što odgovara povratku na Zemlju nakon letova na druge planete, glavni doprinos već daje zračenje grijanjem.

Naročito važna uloga  A. n. igra kada se svemirski brod vrati u Zemljinu atmosferu (na primer, Vostok, Voskhod, Soyuz). Za borbu protiv A. n. svemirske letjelice opremljene su posebnim sustavima termičke zaštite (vidi Zaštita od topline).

  Lit .:  Osnove prijenosa topline u zrakoplovnoj i raketnoj tehnologiji, M., 1960; Dorrens W. H., Hipersonični tokovi viskoznog plina, trans. s engleskog., M., 1966; Zeldovich Ya. B., Raiser Yu. P., Fizika udarnih talasa i hidrodinamičkih fenomena visoke temperature, II izd., Moskva, 1966.

  N. A. Anfimov.

Velika sovjetska enciklopedija. - M .: Sovjetska enciklopedija. 1969-1978 .

Pogledajte što je "Aerodinamičko grijanje" u drugim rječnicima:

Grijanje tijela koja se kreću velikom brzinom u zraku ili drugom plinu. A. n. rezultat molekula zraka koji udaraju u tijelo inhibira se u blizini tijela. Ako je let izveden nadzvučno. brzina, kočenje se javlja prvenstveno u šoku ... ... Fizička enciklopedija

Grijanje tijela koje se kreće velikom brzinom zraka (plina). Primjetno aerodinamičko grijanje primjećuje se kada se tijelo kreće nadzvučnom brzinom (na primjer, kada su dijelovi glave interkontinentalnog dijela balističke rakete) EdwART ... ... Marine Dictionary

aerodinamičko grijanje  - Zagrijavanje površine tijela koja se struji plinovima koji se kreću u plinovitom mediju velikom brzinom u prisustvu konvektivnih, te pri hipersonskim brzinama i prijenosu topline zračenja plinskim medijem u graničnom ili udarnom sloju. [GOST 26883 ... ... Tehnička referenca prevoditelja

Povećanje temperature tijela koje se kreće velikom brzinom u zraku ili drugom plinu. Aerodinamičko zagrevanje rezultat je usporavanja molekula gasa u blizini površine tijela. Dakle, kada svemirska letjelica ulazi u Zemljinu atmosferu brzinom od 7,9 km / s ... ... enciklopedijski rječnik

aerodinamičko grijanje  - aerodinaminis įšilimas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Kūnų, sudančių dujose (ruda) dideliu greičiu, paviršiaus įšilimas. atitikmenys: angl. aerodinamičko grijanje vok. aerodynamische Aufheizung, fr. aerodinamičko grijanje, m pranc. ... ... Aiškinamasis šiluminės i branduolinės tehnika i terminali žoda   - porast temperature tijela koje se kreće velikom brzinom u zraku ili drugom plinu. A. i. rezultat inhibicije molekula plina u blizini površine tijela. Dakle, na ulazu kosmičkog. aparat u Zemljinu atmosferu brzinom od 7,9 km / s na površini ... Prirodna istorija. enciklopedijski rječnik

Aerodinamičko grijanje dizajna raketa  - Zagrijavanje površine rakete tokom njenog kretanja u gustim slojevima atmosfere velikom brzinom. A.N. - rezultat činjenice da su molekule zraka koje lete na raketu inhibirane u blizini njegovog tijela. U ovom slučaju dolazi do tranzicije kinetičke energije ... ... Enciklopedija strateških raketnih snaga

Concorde Concorde na aerodromu ... Wikipedia