Grijani zrak. §33. Grijanje zraka i njegova temperatura Što 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 se dijele na glatke i rebraste; potonji, zauzvrat, dijele se na lamelarne i spiralno namotane.

Postoje jednosmjerni i višesmjerni grijači. U jednostrukom prolazu rashladna tekućina kreće se duž cijevi u jednom smjeru, a kod višepropusnih 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:

gdje Q "- potrošnja topline za zagrijavanje zraka, kJ / h (kcal / h); P- isto, W; 0,278 - faktor pretvorbe kJ / h u W; G- masa količine zagrijanog zraka, kg / h, jednaka Lp [ovdje L- zapreminska količina zagrijanog zraka, m 3 / h; p - gustoća zraka (pri temperaturi t K)kg / m 3]; iz- 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 opće ventilacijske izmjene namijenjene borbi protiv viška vlage, topline i plinova s \u200b\u200bmaksimalnom dozvoljenom koncentracijom većom od 100 mg / m3. Prilikom projektiranja opće ventilacije dizajnirane za rad s plinovima najveće dopuštene koncentracije manje od 100 mg / m3, kao i za projektiranje ventilacije svježim zrakom radi kompenzacije zraka koji se uklanja lokalnim usisnim, tehnološkim kapuljačama ili pneumatskim transportnim sustavima, pretpostavlja se da je vanjska temperatura jednaka izračunatoj vanjskoj temperatura tn za dizajn grijanja (klimatski parametri kategorije B).

Dovodni zrak s temperaturom jednakom temperaturi unutrašnjeg zraka tV za ovu prostoriju treba dovoditi u prostoriju bez viška topline. U prisutnosti viška topline, dovodni se zrak dovodi na sniženoj temperaturi (za 5-8 ° C). Ne preporučuje se dovod zraka u zraku s temperaturom nižom od 10 ° C čak i ako postoji značajna proizvodnja topline zbog mogućnosti prehlade. Izuzetak je uporaba posebnih anemostata.

Potrebna površina grijanja grijača Fk m2, određena je formulom:

gdje P- potrošnja topline za zagrijavanje zraka, W (kcal / h); DO- koeficijent prijenosa 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 nosač topline, tada je prosječna temperatura nosača topline 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 konstrukcijskim značajkama grijača zraka te brzini protoka vode kroz cijevi grijača zraka.

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

Na temelju 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 fD ovog modela:

gdje 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 dnevni boravak za prolazak rashladne tekućine, m2, tg - temperatura vruća voda u opskrbnom vodu, ° S; t 0 - temperatura vode u povratku, 0S.

Na prijenos topline grijača utječe shema cjevovoda. U paralelnoj shemi povezivanja cjevovoda, samo jedan dio nosača topline prolazi kroz zasebni grijač zraka, a u sekvencijalnoj shemi, cijeli protok nosača 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 je:

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

gdje je QK prijenos topline grijača, W (kcal / h); QK - isto, kJ / h, 3,6 - faktor pretvorbe W u kJ / h FK - površina grijanja grijača, m2, usvojena kao rezultat izračuna grijača ove vrste; K - koeficijent prijenosa 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 tekućine, ° C.

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

Kad sunce jače zagrije - kad stoji iznad glave ili kad ispod?

Sunce više grije kad je veće. Sunčeve zrake u ovom slučaju padaju pod pravim kutom, odnosno blizu pravog kuta.

Koje vrste rotacije Zemlje poznajete?

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. lipnja i 22. prosinca u paralelama od 23,5 ° C. tež. i y. W .; na paralelama 66,5 ° c. tež. i y. tež.

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

22. decembra, kut upada sunčeve svjetlosti na paralelu je 23.50 N 430 S - 900. Paralelno, 66,50 N - kut klizanja, 66,50 s - 470.

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

Atmosferski zrak zagrijava pomoću zemaljska površina, Stoga se u lipnju zemaljska površina zagrijava, a temperatura u srpnju doseže maksimum. To se događa i zimi. U prosincu se zemaljska površina hladi. U siječnju se zrak hladi.

Definirati:

prosječna dnevna temperatura u smislu četiri mjerenja dnevno: -8 ° C, -4 ° C, + 3 ° C, + 1 ° C.

Prosječna dnevna temperatura je -20C.

prosječna godišnja temperatura Moskve, koristeći podatke u tablici.

Prosječna godišnja temperatura je 50C.

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

Amplituda temperature na slici je 180C.

Odredite za koliko stupnjeva je godišnja amplituda u Krasnojarsku veća nego u Sankt Peterburgu ako je prosječna srpanjska temperatura u Krasnojarsku + 19 ° C, a u siječnju -17 ° C; u St. Petersburgu + 18 ° C i -8 ° C.

Amplituda temperatura u Krasnojarsku 360S.

Amplituda temperatura 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 se ne zagrijava. Zemljina površina se zagrijava i sama postaje izvor topline. Iz njega se zagrijava atmosferski zrak.

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

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

3. Izračunajte temperaturu zraka iza piste zrakoplova ako je visina leta 7 km, a temperatura na zemljinoj površini + 200 °.

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 ledenjak u planinama na nadmorskoj visini od 2500 m, ako je u podnožju planine temperatura + 250C.

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

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

Tijekom dana, sunčeve zrake osvjetljavaju zemljinu površinu i zagrijavaju je, a zrak zagrijava s nje. Noću solarna energija prestaje, a površina se postepeno hladi zrakom. Sunce je najvise iznad horizonta u podne. U ovo vrijeme dolazi većina sunčeve energije. No, najviša temperatura opaža se 2-3 sata nakon podneva, jer treba vremena za prijenos topline s Zemljine površine u troposferu. Najniža temperatura javlja se prije izlaska sunca.

6. Što određuje razliku u zagrijavanju Zemljine površine tijekom godine?

Tijekom godine na isti teritorij sunčeve zrake padaju na površinu na različite načine. Kad je kut upada zraka rašći, površina prima više sunčeve energije, temperatura zraka raste i dolazi ljeto. Kada se sunčeve zrake više naginju, površina se slabo zagrijava. Temperatura zraka u ovom trenutku opada, a dolazi zima. Najtopliji mjesec na sjevernoj hemisferi je srpanj, a najhladniji siječanj. U Južna polutka - naprotiv: najhladniji mjesec u godini je srpanj, a najtopliji siječanj.

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) također odrediti niz čimbenika, među kojima su glavni:

O: visina;

B: temeljna površina;

B: udaljenost od obala oceana i mora.

A - Budući da se zagrijavanje zraka događa sa zemljine površine, što je niža apsolutna visina područja, to je viša temperatura zraka (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 S.

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 ekvinocija.

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

U obalama u unutrašnjosti količina vodene pare u zraku opada. Što je atmosfera transparentnija, to se manje sunčeve svjetlosti raspršuje u njoj i sve sunčeve zrake dopiru do Zemljine površine. U prisutnosti veliki broj vodena para u zraku, kapljice vode reflektiraju se, raspršuju se, apsorbiraju sunčeve zrake i ne stižu sve do površine planeta, smanjuje se njezino zagrijavanje.

Najviše temperature zraka zabilježene su u područjima tropskih pustinja. U središnjim regijama Sahare skoro 4 mjeseca temperatura u hladu je 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 "deku" oblaka, tada sve infracrvene zrake ne napuštaju planetu, jer ih oblaci odgađaju, odražavajući se na Zemljinu površinu.

Na vedrom nebu, kada ima malo vodene pare u atmosferi, infracrvene zrake koje planet emitira slobodno odlaze u svemir, a zemaljska se površina hladi, što hladi i time smanjuje temperaturu zraka.

Književnost

1. Zubashchenko E.M. Regionalni physiography, Klima Zemlje: nastavno sredstvo. 1. dio / E.M. Zubashchenko, V.I. Shmykov, A.Ya. Nemykin, N.V. Polyakova. - Voronezh: Državno pedagoško sveučilište Voronezh, 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 letjelo 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 letovima velikim superzvučnim brzinama sveobuhvatno proučeni i riješeni. Međutim, pojavili su se novi problemi, mnogo složeniji od zvučne barijere. Nastaju zbog zagrijavanja strukture zrakoplova tijekom leta velikom brzinom u gustim slojevima atmosfere. Jednom se ova nova prepreka zvala toplinska barijera. Za razliku od zvuka, novu barijeru ne može karakterizirati konstanta, slična brzini zvuka, jer ovisi i o parametrima leta (brzini i visini) i dizajnu zrakoplova (dizajnerska rješenja i korišteni materijali), kao i o opremi zrakoplova (klimatizacija, hlađenje itd. P.). Stoga, pojam toplinske barijere uključuje ne samo problem opasnog zagrijavanja konstrukcije, već i probleme poput prijenosa topline, svojstava čvrstoće materijala, načela dizajna, klimatizacije itd.

Grijanje zrakoplova u letu javlja se uglavnom iz dva razloga: iz aerodinamičkog kočenja protoka zraka i iz stvaranja topline pogonskog sustava. Oba navedena fenomena čine proces interakcije između medija (zrak, ispušni plinovi) i strujne krute tvari (zrakoplov, motor). Drugi je fenomen tipičan za sve zrakoplove, a povezan je s porastom temperature strukturnih elemenata motora koji apsorbiraju toplinu iz zraka komprimiranog u kompresoru, kao i od 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 letenju pri malim brzinama, zrak koji prolazi kroz motor ima 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 motorne pločice motora. U motorima s dva kruga, za hlađenje se koristi i vanjski (hladni) zrak.

Dakle, razina toplinske barijere za nadzvučni zrakoplov određuje se vanjskim aerodinamičkim grijanjem. Intenzitet zagrijavanja površine koju struji zrak ovisi o brzini leta. To je zagrijavanje pri malim brzinama toliko neznatno da se porast temperature možda neće uzeti u obzir. Pri velikoj brzini protok zraka ima visoku kinetičku energiju i zato porast temperature može biti značajan. To se odnosi i na temperaturu unutar zrakoplova, budući da protok velike brzine, koji je inhibiran u dovodu zraka i komprimiran u kompresoru motora, postiže tako visoku temperaturu da nije u stanju uklanjati toplinu iz vrućih dijelova motora.

Povećanje temperature kože zrakoplova kao posljedica aerodinamičkog zagrijavanja uzrokovano je viskozitetom zraka koji struji oko zrakoplova, kao i njegove kompresije na frontalnim površinama. Zbog gubitka brzine od strane čestica zraka u pograničnom sloju kao rezultat viskoznog trenja, temperatura cijele strujnije površine zrakoplova raste. Zbog kompresije zraka temperatura se podiže, međutim, samo lokalno (na to uglavnom utječe pramčani dio trupa, vjetrobransko staklo pilotske kabine i posebno vodeći rubovi krila i pluta), ali češće dostižu vrijednosti koje nisu sigurne za strukturu. U ovom slučaju, na nekim mjestima dolazi do gotovo izravnog sudaranja protoka zraka s površinom i potpunog dinamičkog kočenja. 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 toplinskog prijenosa 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 tablici. 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 (kroz zračenje), 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 također ovisi o prirodi pograničnog sloja zraka (intenzivnije je za turbulentni granični sloj). Do značajnog smanjenja temperature dolazi i prilikom leta kroz oblake, osobito kada sadrže pregrijane kapi vode i kristale leda. Za takve uvjete leta pretpostavlja se da pad temperature kože u kritičnoj točki u usporedbi s teoretskom temperaturom kočenja može doseći čak 20-40%.

Tablica 4. Ovisnost temperature kože o Machovom broju

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, prilikom istraživanja letjelice KhV-70A u letovima na visinama većim od 21 000 m brzinom M \u003d 3, temperatura ulaznih rubova usisnog zraka i vodećih rubova krila bila je 580-605 K, a ostatak kože 470-500 K. do tako velikih vrijednosti može se u cijelosti uvažiti s obzirom na činjenicu da čak i pri temperaturama od oko 370 K, organsko staklo, obično korišteno za kabine za ostakljivanje, 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 raspadaju, pri titarima 800 K titanove legure gube svoja potrebna mehanička svojstva, aluminij i magnezij se tali na temperaturama iznad 900 K, a čelik omekšava. Povećanje temperature također dovodi do uništavanja premaza od kojih se mogu koristiti anodiziranje i kromiranje do 570 K, niklanje do 650 K i srebro do 720 K.

Nakon pojave ove nove prepreke povećanju brzine leta, istraživanja su počela uklanjati ili ublažavati njezine učinke. Načini zaštite zrakoplova od učinaka aerodinamičkog grijanja određuju se čimbenicima koji sprečavaju porast temperature. Osim nadmorske visine i atmosferskih uvjeta, značajan utjecaj na stupanj zagrijavanja zrakoplova imaju:

- koeficijent toplinske vodljivosti materijala kože;

- veličini površine (posebno frontalne) zrakoplova; -vrijeme za let.

Slijedi da su najjednostavniji načini za smanjenje zagrijavanja građevine povećati visinu leta i ograničiti njezino trajanje na minimum. Te su metode korištene u prvim nadzvučnim zrakoplovima (posebno u eksperimentalnim). Zbog relativno visoke toplinske vodljivosti i toplinske sposobnosti materijala koji se koriste za izradu toplinskih konstrukcijskih elemenata zrakoplova, od trenutka kada zrakoplov dostigne veliku brzinu do trenutka zagrijavanja pojedinih konstrukcijskih elemenata na izračunatu temperaturu kritične točke, dovoljno je 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 uvjetima niske temperature (oko 250 K) i niske gustoće zraka. Kao rezultat, količina topline koju odvaja tok na površine zrakoplova je mala, a izmjena topline traje dulje, što uvelike ublažava ozbiljnost problema. Sličan rezultat daje 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 njegove snage 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 konstrukcije, 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 toplinsku izolaciju i dopuštene deformacije dijelova, i 3) rashladne sustave za kabine posade i odjeljke opreme.

U zrakoplovima s maksimalnom brzinom M \u003d 2,0-1-2,2, široko se koriste legure aluminija (duralumin) koje karakteriziraju 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 toplinskim opterećenjima. 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. Takvi čelici zadržavaju dobra mehanička svojstva pri visokim temperaturama, što je tipično za letove s hipersoničnom brzinom, ali njihovi nedostaci su visoka cijena i velika gustoća. U izvesnom smislu ovi nedostaci ograničavaju razvoj zrakoplova velike brzine, pa se istražuju i drugi materijali.

U 70-ima prvi su eksperimenti s berilijem, kao i kompozitnim materijalima na bazi bora ili ugljičnih vlakana, izvedeni u dizajniranju zrakoplova. Ti su materijali još uvijek visoki, ali istodobno ih karakterizira niska gustoća, visoka čvrstoća i krutost, kao i značajna otpornost na toplinu. Primjeri specifičnih primjena ovih materijala u konstrukciji jedrilica dati su u opisima pojedinih zrakoplova.

Drugi čimbenik koji značajno utječe na performanse grijane konstrukcije zrakoplova je učinak takozvanih toplinskih naprezanja. Nastaju kao rezultat temperaturnih razlika između vanjskih i unutarnjih površina elemenata, a posebno između kože i unutarnjih konstrukcijskih elemenata zrakoplova. Površinsko grijanje zračnog okvira dovodi do deformacije njegovih elemenata. Na primjer, može doći do takvog izvijanja kože krila, što će dovesti do promjene aerodinamičkih karakteristika. 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 spremnika do mlaznica komore za izgaranje. Međutim, pri visokim temperaturama gorivo se obično koksira, 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 plina u kućište, hlađenjem "znojenjem" nanošenjem tekućine s visokom temperaturom isparavanja na površinu kroz porozno kućište, kao i hlađenjem stvoreno topljenjem i uvlačenjem dijela kućišta (ablativni materijali).

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

Problemi povezani s toplinskom barijerom trebaju se 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 upotrebu boljih materijala. To ima vidljiv učinak na težinu, troškove kupovine i na troškove upravljanja i održavanja zrakoplova.

Iz gornje tablice. 2 podatka o borbenim zrakoplovima pokazuju 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 medij 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

zagrijavanje tijela koja se kreću velikom brzinom u zraku ili drugom plinu. A. n. - rezultat činjenice da su molekule zraka koje lete na tijelu inhibirane u blizini tijela.

Ako se let izvodi nadzvučnom brzinom usjeva, kočenje se javlja prvenstveno u udarnom valu (vidi. Udarni val) , nastaju ispred tijela. Daljnja inhibicija molekula zraka događa se izravno na površini tijela, u granični sloj (vidi Granicani sloj). Pri kočenju molekula zraka termalna energija povećava, tj. temperatura plina u blizini tijela pokretnog tijela povećava maksimalnu temperaturu do koje se plin može zagrijati u blizini pokretnog tijela, blizu je tzv. temperatura kočenja:

T 0 = T n + v 2 / 2c p,

gdje T n - temperatura zraka v - brzina leta tijela c p - određena toplina plin pri konstantnom tlaku. Tako, na primjer, prilikom letanja nadzvučnim avionom 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 blizu temperature 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 grijanje posljedica je prijenosa topline s vanjskog, "vrućeg" dijela graničnog sloja na površinu tijela. Kvantitativno konvektivni toplinski tok određuje se iz omjera

q k \u003d a(T e -T w)

gdje T e - ravnotežna temperatura (granična temperatura do koje se površina tijela može zagrijati da nema uklanjanja energije), T w stvarna temperatura na površini, - konvektivni koeficijent prijenosa topline, ovisno o brzini i visini leta, obliku i veličini tijela, kao i drugim faktorima. Ravnotežna temperatura je blizu temperature stagnacije. Vrsta ovisnosti o koeficijentu i od gore navedenih parametara određuje se režim protoka u pograničnom sloju (laminarni ili turbulentni). U slučaju turbulentnog protoka, konvekcijsko grijanje postaje intenzivnije. To je zbog činjenice da, osim molekularne toplinske vodljivosti, turbulentna pulsiranja brzine u graničnom 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 molekule. Atomi, ioni i elektroni nastali u ovom procesu difundiraju u hladnije područje - na površinu tijela. Postoji obrnuta reakcija (rekombinacija) , ide s oslobađanjem topline. To daje dodatni doprinos konvektivnom A. n.

Kada dostignete brzinu leta od oko 5000 m / s temperatura iza udarnog vala doseže vrijednosti pri kojima plin počinje zračiti. Zbog zračenja zračenja iz područja s 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 brzini prostora (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 zagrijavanje zračenjem.

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

Lit .: Osnove prijenosa topline u zrakoplovnoj i raketnoj tehnologiji, M., 1960 .; Dorrens W. H., Hipersonski tokovi viskoznog plina, trans. s engleskog., M., 1966; Zeldovich Ya. B., Raiser Yu. P., Fizika udarnih valova i hidrodinamičkih fenomena visoke temperature, 2. 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 uglavnom u šoku ... ... Fizička enciklopedija

Grijanje tijela koje se kreće velikom brzinom u zraku (plinu). 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 koje struji plin koji se kreće u plinovitom mediju velikom brzinom u prisustvu konvektivnih i pri hipersoničnim brzinama i radijalnom prijenosu topline s 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 grijanje rezultat je usporavanja molekula plina 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, judančių dujose (ruda) dideliu greičiu, paviršiaus įšilimas. atitikmenys: angl. aerodinamičko grijanje vok. aerodynamische Aufheizung, fr. aerodinamičko grijanje, m pranc. ... ... Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės tehnika i termini 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 u kozmičke. aparata u Zemljinu atmosferu brzinom od 7,9 km / s zraka na površini ... Prirodna povijest. enciklopedijski rječnik

Aerodinamičko grijanje dizajna rakete - zagrijavanje površine rakete tijekom 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 prijelaza kinetičke energije ... ... Enciklopedija strateških raketnih snaga

Concorde Concorde u zračnoj luci ... Wikipedia