Isıtmalı hava. §33. Havanın ısıtılması ve sıcaklığı Havanın ısınmasını ne belirler?

- besleme havalandırma sistemlerinde, klima sistemlerinde, hava ısıtma sistemlerinde ve kurutma tesislerinde hava ısıtmak için kullanılan cihazlar.

Isı taşıyıcı tipine göre, ısıtıcılar ateş, su, buhar ve elektrik olabilir .

Şu anda en büyük dağıtım, düz borulu ve nervürlü olarak bölünmüş su ve buhar ısıtıcılarıdır; ikincisi de lamellere ve spiral yaraya ayrılır.

Tek yönlü ve çok yönlü ısıtıcılar vardır. Tek geçişte, soğutucu tüpler boyunca bir yönde hareket eder ve çoklu geçişte, kolektör kapaklarındaki bölümlerin varlığı nedeniyle hareket yönünü birkaç kez değiştirir (Şekil XII.1).

Isıtıcılar iki model gerçekleştirir: orta (C) ve büyük (B).

Isıtma havası için ısı tüketimi aşağıdaki formüller ile belirlenir:

nerede Q "- ısıtma havası için ısı tüketimi, kJ / h (kcal / h); S- aynı, W; 0.278 - dönüşüm faktörü kJ / h ila W; G,- kütle ısıtılan hava miktarı, kg / s, Lp'ye eşit [burada L- hacimsel ısıtılmış hava miktarı, m3 / sa; p - hava yoğunluğu (sıcaklıkta t K)kg / m3]; itibaren- 1 kJ / (kg-K) ye eşit özgül hava ısısı; t - ısıtıcıdan sonra hava sıcaklığı, ° C; t n- ısıtıcıya hava sıcaklığı, ° C

Isıtmanın ilk aşamasındaki ısıtıcılar için sıcaklık, dış havanın sıcaklığına eşittir.

İzin verilen maksimum konsantrasyon 100 mg / m3'ün üzerinde olan aşırı nem, ısı ve gazlarla mücadele etmek için tasarlanmış genel değişim havalandırması tasarlanırken dış ortam sıcaklığının hesaplanan havalandırma sıcaklığına (kategori A iklim parametreleri) eşit olduğu varsayılır. İzin verilen maksimum konsantrasyonu 100 mg / m3'ten az olan gazlarla başa çıkmak için tasarlanmış genel havalandırma tasarlanırken, yerel emiş, işlem davlumbazları veya pnömatik taşıma sistemleriyle çıkan havayı telafi etmek için temiz hava havalandırması tasarlanırken, dış ortam sıcaklığının hesaplanan dış mekana eşit olduğu varsayılır. ısıtma tasarımı için sıcaklık tn (kategori B iklim parametreleri).

Belirli bir oda için iç havanın sıcaklığına eşit bir sıcaklığa sahip besleme havası, ısı fazlası olmadan odaya verilmelidir. Isı fazlası olduğunda, besleme havası düşük bir sıcaklıkta (5-8 ° C) verilir. 10 ° C'nin altında bir sıcaklığa sahip besleme havasının, soğuk algınlığı olasılığı nedeniyle önemli ısı varlığında bile odaya beslenmesi önerilmez. İstisna, özel anemostatların kullanılmasıdır.

Fк m2 ısıtıcılarının gerekli ısıtma yüzeyi alanı aşağıdaki formülle belirlenir:

nerede S- ısıtma havası için ısı tüketimi, W (kcal / h); TO- ısıtıcının ısı transfer katsayısı, W / (m2-K) [kcal / (h-m2 - ° С)]; t cf. — ortalama sıcaklık soğutucu, 0 ° C; t ort - ısıtıcıdan geçen ısıtılmış havanın ortalama sıcaklığı, ° C, eşit (t n + t k) / 2.

Buhar ısı taşıyıcı olarak işlev görürse, ısı taşıyıcının ortalama sıcaklığı tav.T. karşılık gelen buhar basıncındaki doyma sıcaklığına eşittir.

Su sıcaklığı tav.T. sıcak ve dönüş suyu sıcaklığının aritmetik ortalaması olarak tanımlanır:

1.1-1.2 güvenlik faktörü, kanallardaki hava soğutmasından kaynaklanan ısı kaybını dikkate alır.

Isıtıcıların (K) ısı transfer katsayısı, soğutucu tipine, hava ısıtıcıdan geçen kütle hava hızına, hava ısıtıcılarının geometrik boyutlarına ve tasarım özelliklerine ve hava ısıtıcı tüplerindeki su hızına bağlıdır.

Kütle hızı, hava ısıtıcısının yaşam bölümünün 1 sn ila 1 m2'sinden geçen hava kütlesi, kg anlamına gelir. Kütle hızı vp, kg / (cm2), formülle belirlenir

Yaşayan kesit alanı alanı ve ısıtma yüzeyi FК temel alınarak ısıtıcıların modeli, markası ve sayısı seçilir. Isıtıcıları seçtikten sonra, kütle hava hızı, bu modelin hava ısıtıcısının fД'in gerçek yaşam alanına göre belirlenir:

burada A, Aı, n, nı ve t- ısıtıcının tasarımına bağlı olarak katsayılar ve üsler

Hava ısıtıcısının (ω, m / s) tüplerindeki su hızı aşağıdaki formülle belirlenir:

burada Q ", ısıtma havası için ısı tüketimi, kJ / h (kcal / h); pv, 1000 kg / m3'e eşit olan suyun yoğunluğudur, sv, 4.19 kJ / (kg-K) değerine eşit olan suyun özel ısısıdır; fTP, Soğutma sıvısı geçişi için oturma alanı, m2, tg - sıcaklık sıcak su besleme hattında ° С; t 0 - dönüş suyu sıcaklığı, 0С.

Isıtıcıların ısı transferi boru tesisatından etkilenir. Boru hatlarını bağlamak için paralel bir şemada, ısı taşıyıcının sadece bir kısmı ayrı bir hava ısıtıcısından geçer ve sıralı bir şemada, tüm ısı taşıyıcı akışı her bir hava ısıtıcısından geçer.

Hava ısıtıcılarının hava geçişi p, Pa'ya direnci aşağıdaki formülle ifade edilir:

burada B ve z, ısıtıcının tasarımına bağlı olan katsayı ve üstür.

Sıralı ısıtıcıların direnci şuna eşittir:

burada t, ardışık ısıtıcıların sayısıdır. Hesaplama, formüle göre ısıtıcıların ısı çıkışını (ısı transferi) kontrol ederek sona erer

burada QK, ısıtıcıların ısı transferi, W (kcal / h); QK - aynı, kJ / h, 3.6 - W'dan kJ / h'ye dönüştürme faktörü FK - ısıtıcıların ısıtma yüzey alanı, m2, bu tip ısıtıcıların hesaplanması sonucunda benimsenmiştir; K - ısıtıcıların ısı transfer katsayısı, W / (m2-K) [kcal / (h-m2- ° С)]; tav.v - hava ısıtıcısından geçen ısıtılmış havanın ortalama sıcaklığı, ° С; tav T, soğutma sıvısının ortalama sıcaklığı, ° C'dir.

Isıtıcıları seçerken, hesaplanan ısıtma yüzeyi alanı için marj% 15-20 aralığında, hava geçiş direnci için -% 10 ve su hareketine karşı direnç için -% 20 alınır.

Güneş daha güçlü ısındığında - başınızın üstünde veya altındayken?

Güneş daha yüksek olduğunda daha fazla ısınır. Bu durumda güneş ışınları dik açılı veya dik açılıdır.

Ne tür Dünya dönme hareketlerini biliyorsunuz?

Dünya kendi ekseni etrafında ve güneşin etrafında döner.

Dünya'da neden gece gündüz bir değişiklik var?

Gündüz ve gece değişimi, Dünya'nın eksenel dönüşünün sonucudur.

Güneş ışığı insidans açısının 22 Haziran ve 22 Aralık'ta 23.5 ° C paralelliklerde nasıl değiştiğini belirleyin. w. ve y. W; 66.5 ° C'de paralellikler. w. ve y. w.

22 Haziran, paralel 23.50 kuzey enleminde güneş ışığı insidansı açısı 900 S - 430. Paralel olarak, 66.50 N - 470, 66.50 S - kayma açısı.

22 Aralık'ta, güneş ışığının paraleldeki insidans açısı 23.50 N 430 S - 900. Paralel olarak, 66.50 N - kayma açısı, 66.50 s - 470.

En sıcak ve en soğuk ayların neden güneş ışınlarının dünyanın yüzeyinde en büyük ve en küçük insidans açılarına sahip olduğu Haziran ve Aralık olmadığını düşünün.

Atmosferik hava toprak yüzeyi. Bu nedenle, Haziran ayında, dünyanın yüzeyi ısınır ve Temmuz ayında sıcaklık maksimuma ulaşır. Kışın da olur. Aralık ayında dünyanın yüzeyi soğuyor. Ocak ayında hava soğuyor.

Tanımlamak:

günlük dört ölçüm açısından ortalama günlük sıcaklık: -8 ° C, -4 ° C, + 3 ° C, + 1 ° C

Ortalama günlük sıcaklık -20C'dir.

tablodaki verileri kullanarak Moskova'nın yıllık ortalama sıcaklığı.

Yıllık ortalama sıcaklık 50 ° C'dir.

Şekil 110'daki termometreler için günlük sıcaklık genliğini belirleyin, c.

Şekildeki sıcaklık genliği 180C'dir.

Krasnoyarsk'ta ortalama Temmuz sıcaklığı + 19 ° C ve Ocak -17 ° C ise Krasnoyarsk'taki yıllık genliğin St.Petersburg'dan kaç derece daha yüksek olduğunu belirleyin; Petersburg + 18 ° С ve -8 ° С arasındadır.

Krasnoyarsk 360С sıcaklık genliği.

St.Petersburg'daki sıcaklık genliği 260C'dir.

Krasnoyarsk sıcaklık genliği 100C daha fazladır.

Sorular ve Görevler

1. Atmosferdeki hava nasıl ısınır?

Güneş ışınlarını geçerken, onlardan gelen atmosfer neredeyse ısınmaz. Dünyanın yüzeyi ısıtılır ve kendisi bir ısı kaynağı haline gelir. Atmosferik havanın ısıtılması ondan.

2. Troposferdeki sıcaklık her 100 metrede bir yükseldiğinde kaç derece düşer?

Her kilometrede yükselen hava sıcaklığı 6 0C düşer. Bu, her 100 m için 0.60 anlamına gelir.

3. Uçuş yüksekliği 7 km ise ve Dünya yüzeyindeki sıcaklık + 200С ise, uçağın pistinin arkasındaki hava sıcaklığını hesaplayın.

7 km'ye çıkarken sıcaklık 420 derece düşecek. Bu, denize sıcaklığın -220 olacağı anlamına geliyor.

4. Dağlarda bir buzulun yazın 2500 m rakımda buluşması mümkün mü, eğer dağların eteklerinde sıcaklık + 250 ° C ise.

2500 m rakımda sıcaklık + 100С olacaktır. Buzul 2500 m yükseklikte buluşmayacaktır.

5. Hava sıcaklığı gün boyunca nasıl ve neden değişir?

Gün boyunca, güneş ışınları dünyanın yüzeyini aydınlatır ve ısıtır ve hava ondan ısınır. Geceleri güneş enerjisi kesilir ve yüzey yavaş yavaş hava ile soğur. Güneş öğle saatlerinde ufkun en üstündedir. Şu anda, güneş enerjisinin çoğu içeri giriyor. Bununla birlikte, en yüksek sıcaklık öğleden 2-3 saat sonra gözlemlenir, çünkü ısının Dünya yüzeyinden troposfere aktarılması zaman alır. En düşük sıcaklık güneş doğmadan önce görülür.

6. Dünya yüzeyinin yıl boyunca ısıtılmasındaki farkı ne belirler?

Yıl boyunca, aynı bölgede, güneş ışınları farklı şekillerde yüzeye düşer. Işınların insidans açısı daha dik olduğunda, yüzey daha fazla güneş enerjisi alır, hava sıcaklığı yükselir ve yaz gelir. Güneş ışınları daha fazla eğildiğinde, yüzey zayıf ısınır. Bu sırada hava sıcaklığı düşer ve kış gelir. Kuzey Yarımküre'nin en sıcak ayı Temmuz, en soğuk ayı ise Ocak. İÇİNDE Güney Yarımküre - aksine: Yılın en soğuk ayı Temmuz, en sıcak ayı ise Ocak.

Şeffaf bir atmosferden ısıtmadan geçerler, dünyanın yüzeyine ulaşırlar, ısıtırlar ve daha sonra hava ısınır.

Yüzeyin ısıtma derecesi ve dolayısıyla hava, her şeyden önce, alanın enlemine bağlıdır.

Ancak her bir spesifik noktada (t®), aralarında ana faktörlerin bulunduğu bir dizi faktör tarafından belirlenecektir:

A: yükseklik;

B: alttaki yüzey;

B: okyanusların ve denizlerin kıyılarına uzaklığı.

A - Hava ısıtması dünyanın yüzeyinden oluştuğu için, alanın mutlak yüksekliği ne kadar düşük olursa, hava sıcaklığı o kadar yüksek olur (bir enlemde). Su buharı ile doymamış hava koşullarında bir örüntü gözlenir: her 100 metrelik bir irtifa için yükseldiğinde, sıcaklık (t®) 0.6 ° C düşer.

B - Yüzeyin nitel özellikleri.

B 1 - Farklı renk ve yüzey yapısı farklı şekillerde güneş ışınlarını emer ve yansıtır. Maksimum yansıtıcılık kar ve buz için tipiktir, koyu renkli topraklar ve kayalar için minimumdur.

Gündönümü ve ekinoks günlerinde Dünya'yı güneş ışığına çıkarmak.

B 2 - farklı yüzeylerin farklı ısı kapasitesi ve ısı transferi vardır. Dolayısıyla Dünya yüzeyinin 2 / 3'ünü kaplayan Dünya Okyanusunun su kütlesi, yüksek ısı kapasitesi nedeniyle çok yavaş ısınır ve çok yavaş soğur. Arazi hızla ısınır ve hızla soğur, yani yaklaşık 1 m 2 arazi ve 1 m 2 su yüzeyine kadar ısınmak için farklı miktarda enerji harcamak gerekir.

İç kısımdaki kıyılardan, havadaki su buharı miktarı azalır. Atmosfer ne kadar şeffaf olursa, içine o kadar az güneş ışığı dağılır ve tüm güneş ışınları Dünya'nın yüzeyine ulaşır. Huzurunda büyük bir sayı havadaki su buharı, su damlacıkları yansıtır, saçılır, güneş ışınlarını emer ve hepsi gezegenin yüzeyine ulaşmaz, ısınması azalır.

En yüksek hava sıcaklıkları tropik çöllerde kaydedilir. Sahra'nın merkezi bölgelerinde neredeyse 4 ay boyunca gölgedeki sıcaklık 40 ° C'den fazladır.Aynı zamanda, güneş ışığı insidans açısının en büyük olduğu ekvatorda, sıcaklık +26 ° C'yi geçmez.

Öte yandan, Dünya, ısıtılmış bir cisim olarak, enerjiyi uzaya uzun dalga kızılötesi spektrumunda yaymaktadır. Dünyanın yüzeyi bulutların bir battaniyesine sarılırsa, tüm kızılötesi ışınlar gezegeni terk etmez, çünkü bulutlar onları tekrar yüzeye yansıtarak onları geciktirir.

Açık bir gökyüzü ile, atmosferde çok az su buharı olduğunda, gezegenin yaydığı kızılötesi ışınlar serbestçe uzaya gider ve dünyanın yüzeyi soğur ve bu da hava sıcaklığını soğutur ve azaltır.

Edebiyat

1. Zubashchenko E.M. Bölgesel fizyografi. Dünya'nın İklimleri: bir öğretim aracı. Bölüm 1. / E.M. Zubashchenko, V.I. Shmykov, A.Ya. Nemykin, N.V. Polyakova. - Voronezh: Voronezh Devlet Pedagoji Üniversitesi, 2007. - 183 s.

1940-1950'lerin başında yapılan çalışmalar, üretim uçakları tarafından bile ses bariyerinin güvenli bir şekilde aşılmasını sağlayan bir takım aerodinamik ve teknolojik çözümler geliştirmemizi sağladı. Daha sonra ses bariyerinin fethi, uçuş hızında daha fazla artış için sınırsız olasılıklar yarattı. Sadece birkaç yıl içinde, yaklaşık 30 tip süpersonik uçak uçtu ve bunların önemli bir kısmı seri üretime sokuldu.

Kullanılan çözümlerin çeşitliliği, yüksek süpersonik hızlarda uçuşlar ile ilgili birçok sorunun kapsamlı bir şekilde incelenmesine ve çözülmesine yol açmıştır. Bununla birlikte, ses bariyerinden çok daha karmaşık yeni problemlerle karşılaşıldı. Havanın yoğun katmanlarında yüksek hızda uçuş sırasında uçağın yapısının ısıtılmasından kaynaklanırlar. Bu yeni engele bir zamanlar termal bariyer deniyordu. Sesin aksine, yeni bariyer ses hızına benzer bir sabit ile karakterize edilemez, çünkü hem uçuş parametrelerine (hız ve yükseklik) hem de uçak gövdesinin tasarımına (kullanılan tasarım çözümleri ve malzemeleri) ve uçağın ekipmanına (klima, soğutma, vb.) Bağlıdır. P.). Bu nedenle, “termal bariyer” kavramı sadece yapının tehlikeli bir şekilde ısıtılması sorununu değil, aynı zamanda ısı transferi, malzemelerin mukavemet özellikleri, tasarım ilkeleri, klima vb.

Uçuşta uçak ısıtması esas olarak iki nedenden kaynaklanır: hava akışının aerodinamik frenlemesinden ve tahrik sisteminin ısı üretiminden. Bu fenomenlerin her ikisi de ortam (hava, egzoz gazları) ile aerodinamik katı (uçak, motor) arasındaki etkileşim sürecini oluşturur. İkinci fenomen tüm uçaklar için tipiktir ve kompresörde sıkıştırılmış havadan ve odadaki ve egzoz borusundaki yanma ürünlerinden ısıyı emen motor yapısal elemanlarının sıcaklığındaki bir artışla ilişkilidir. Yüksek hızlarda uçarken, uçağın iç ısıtması kompresörün önündeki hava kanalındaki hava frenlemesinden de meydana gelir. Düşük hızlarda uçarken, motordan geçen hava nispeten düşük sıcaklıkbunun sonucu olarak, gövde yapısal elemanlarının tehlikeli şekilde ısıtılması gerçekleşmez. Yüksek uçuş hızlarında, uçak gövdesi yapısının sıcak motor elemanlarından ısıtılmasının sınırlandırılması, düşük sıcaklıklı hava ile ilave soğutma ile sağlanır. Tipik olarak, sınır tabakasını ayıran bir kılavuz kullanılarak hava girişinden yönlendirilen hava ve motor çekirdeğinin yüzeyine yerleştirilen ek girişler kullanılarak atmosferden yakalanan hava kullanılır. Çift devreli motorlarda, soğutma için harici (soğuk) hava da kullanılır.

Böylece, süpersonik uçaklar için termal bariyerin seviyesi harici aerodinamik ısıtma ile belirlenir. Hava akışı ile aerodinamik yüzeyin ısıtılması yoğunluğu uçuş hızına bağlıdır. Düşük hızlarda, bu ısıtma o kadar önemsizdir ki sıcaklık artışı dikkate alınmayabilir. Yüksek hızda hava akışı yüksek kinetik enerjiye sahiptir ve bu nedenle sıcaklık artışı önemli olabilir. Bu aynı zamanda hava aracının içindeki sıcaklık için de geçerlidir, çünkü hava girişinde inhibe edilen ve motor kompresöründe sıkıştırılan yüksek hızlı bir akış, motorun sıcak parçalarından ısıyı çıkaramayacak kadar yüksek bir sıcaklık elde eder.

Aerodinamik ısınmanın bir sonucu olarak uçağın cilt sıcaklığındaki artış, uçağın etrafından akan havanın viskozitesinin yanı sıra ön yüzeylerdeki sıkışmasından kaynaklanmaktadır. Viskoz sürtünme sonucu sınır tabakasındaki hava parçacıklarının hız kaybı nedeniyle, uçağın aerodinamik yüzeyinin tamamı artar. Hava sıkıştırmasının bir sonucu olarak, sıcaklık sadece yerel olarak yükselir (bu esas olarak gövdenin pruvasından, kokpitin ön camından ve özellikle kanat ve tüylerin ön kenarlarından etkilenir), ancak daha sıklıkla yapı için güvensiz olan değerlere ulaşır. Bu durumda, bazı yerlerde hava akışının yüzeyle neredeyse doğrudan çarpışması ve tam dinamik frenleme vardır. Enerji tasarrufu ilkesine uygun olarak, akımın tüm kinetik enerjisi ısı ve basınç enerjisine dönüştürülür. Buna karşılık gelen sıcaklık artışı, fren yapmadan önce akış hızının karesi ile doğru orantılıdır (veya rüzgar dikkate alınmadan uçak hızının karesi ile) ve uçuş yüksekliğiyle ters orantılıdır.

Teorik olarak, etrafındaki akış sabit durumdaysa, hava sakin ve bulutsuzdur ve radyasyon yoluyla ısı transferi yoktur, o zaman ısı yapıya nüfuz etmez ve cilt sıcaklığı adyabatik frenleme sıcaklığına yakındır. Mach sayısına (hız ve rakım) bağımlılığı tabloda verilmiştir. 4.

Gerçek koşullar altında, bir uçağın cildinin aerodinamik ısıtmadan kaynaklanan sıcaklığındaki bir artış, yani frenleme sıcaklığı ile ortam sıcaklığı arasındaki fark, ortamla (radyasyon yoluyla), komşu yapısal elemanlar vb. İle ısı alışverişi nedeniyle biraz daha azdır. Buna ek olarak, akış tamamen yavaşlar. sadece uçağın çıkıntılı kısımlarında bulunan kritik noktalarda ve cilde ısı girişi de hava sınır tabakasının doğasına bağlıdır (çalkantılı bir sınır tabakası için daha yoğundur). Bulutlarda uçarken, özellikle de aşırı soğutulmuş su damlaları ve buz kristalleri içerdiğinde, sıcaklıkta önemli bir düşüş meydana gelir. Bu tür uçuş koşulları için, teorik frenleme sıcaklığına kıyasla kritik bir noktada cilt sıcaklığındaki bir azalmanın% 20-40'a bile ulaşabileceği varsayılmaktadır.

Tablo 4. Cilt sıcaklığının Mach numarasına bağımlılığı

Bununla birlikte, uçağın süpersonik hızlarla (özellikle düşük irtifada) genel olarak ısınması bazen o kadar yüksektir ki, uçak gövdesinin ve ekipmanın ayrı ayrı elemanlarının sıcaklığındaki bir artış ya yıkımına ya da en azından uçuş modunu değiştirme ihtiyacına yol açar. Örneğin, KhV-70A uçağını M \u003d 3 hızında 21.000 m'den daha yüksek irtifalarda yapılan uçuşlarda araştırırken, hava girişinin giriş kenarlarının ve kanadın ön kenarlarının sıcaklığı 580-605 K idi ve cildin geri kalanı 470-500 K idi. 370 K civarındaki sıcaklıklarda bile, cam kabinler için yaygın olarak kullanılan organik camın yumuşatılması, yakıt kaynatılması ve sıradan tutkalın gücünü kaybetmesi gerçeğini dikkate alırsak, bu kadar büyük değerlere tam olarak takdir edilebilir. 400 K'da, duralumin'in gücü önemli ölçüde azalır, 500 K'da hidrolik sistemdeki hidrolik sıvı ayrışır ve contalar kırılır, 800 K titanyum alaşımları mekanik özelliklerini kaybeder, 900 K üzerindeki sıcaklıklarda alüminyum ve magnezyum erir ve çelik yumuşar. Sıcaklıktaki bir artış ayrıca, 570 K'ye kadar eloksal ve krom kaplama, 650 K'ye kadar nikel kaplama ve 720 K'ya kadar gümüşleme kullanılabilen kaplamaların tahrip olmasına yol açar.

Uçuş hızını artırmada bu yeni engelin ortaya çıkmasından sonra, araştırma etkilerini ortadan kaldırmaya veya azaltmaya başladı. Uçağı aerodinamik ısıtmanın etkilerinden koruma yolları, sıcaklığın yükselmesini önleyen faktörler tarafından belirlenir. Uçuş yüksekliği ve atmosferik koşullara ek olarak, uçağın ısıtma derecesi üzerinde önemli bir etki aşağıdakiler tarafından sağlanır:

- cilt malzemesinin termal iletkenlik katsayısı;

- Mavic'in yüzeyinin boyutu (özellikle ön); -uçuş zamanı.

Bir yapının ısınmasını azaltmanın en basit yollarının, uçuş yüksekliğini artırmak ve süresini en aza indirmektir. Bu yöntemler ilk süpersonik uçakta (özellikle deneysel uçaklarda) kullanılmıştır. Uçağın ısıl gerilimli yapısal elemanlarının üretimi için kullanılan malzemelerin nispeten yüksek termal iletkenliği ve ısı kapasitesi nedeniyle, uçak yüksek bir hıza ulaştığı andan, tek tek yapısal elemanların ısıtılma anına kadar kritik noktanın hesaplanan sıcaklığına kadar, genellikle yeterli büyük zaman. Birkaç dakika süren uçuşlarda (düşük rakımlarda bile), yıkıcı sıcaklıklara ulaşılamaz. Yüksek irtifalarda uçuş düşük sıcaklık (yaklaşık 250 K) ve düşük hava yoğunluğu koşullarında gerçekleşir. Sonuç olarak, uçağın yüzeylerine akış tarafından verilen ısı miktarı azdır ve ısı değişimi daha uzun sürer, bu da sorunun ciddiyetini büyük ölçüde azaltır. Benzer bir sonuç uçağın düşük irtifada hız sınırını verir. Örneğin, 1600 km / s hızda yerden yüksek bir uçuş sırasında, duralumin'in gücü sadece% 2 azalır ve hızın 2400 km / s'ye çıkarılması, gücünde orijinal değere kıyasla% 75'e kadar bir azalmaya yol açar.

İncir. 1.14. M \u003d 2,2 (a) ile uçuş sırasında hava kanalındaki ve Concord uçağının motorundaki sıcaklık dağılımı ve uçuş sırasında 3200 km / s (b) sabit hızda XB-70A uçağının cilt sıcaklığı.

Bununla birlikte, kullanılan tüm uçuş hızları ve rakımları aralığında güvenli çalışma koşullarının sağlanması ihtiyacı, tasarımcıları uygun teknik araçlar aramaya zorlar. Hava taşıtı yapısal elemanlarının ısıtılması, malzemelerin mekanik özelliklerinde bir azalmaya neden olduğundan, yapıda termal gerilmelerin ortaya çıkması ve mürettebat ve ekipmanın çalışma koşullarının bozulması, mevcut uygulamada kullanılan bu teknik araçlar üç gruba ayrılabilir. Bunlar sırasıyla 1) ısıya dayanıklı malzemeler, 2) gerekli ısı yalıtımını ve parçaların izin verilen deformasyonunu sağlayan tasarım çözümlerinin yanı sıra 3) mürettebat kabini ve ekipman bölmeleri için soğutma sistemlerinin kullanımını içerir.

Maksimum hızı M \u003d 2.0-1-2.2 olan uçaklarda, nispeten yüksek mukavemet, düşük yoğunluk ve sıcaklıkta hafif bir artış ile mukavemet özelliklerinin korunması ile karakterize edilen alüminyum alaşımları (duralumin) yaygın olarak kullanılmaktadır. Duralumin genellikle, gövdenin bazı bölümlerinin en büyük mekanik veya termal gerilimlere maruz kaldığı çelik veya titanyum alaşımları ile tamamlanır. Titanyum alaşımları 50'li yılların ilk yarısında, ilk önce çok küçük bir ölçekte kullanıldı (şimdi detaylar uçak gövdesinin kütlesinin% 30'unu oluşturabilir). M ~ 3 olan deney uçaklarında, ana yapısal malzeme olarak ısıya dayanıklı çelik alaşımlarının kullanılması gerekli hale gelir. Bu tür çelikler, yüksek sıcaklıklarda, hipersonik hızları olan uçuşlar için tipik olan iyi mekanik özellikleri korur, ancak dezavantajları yüksek maliyet ve yüksek yoğunluktur. Belli bir anlamda, bu eksiklikler yüksek hızlı uçakların gelişimini sınırlamaktadır, bu nedenle diğer malzemeler araştırılmaktadır.

70'lerde, ilk deneyler, berilyumun yanı sıra, uçak tasarımında bor veya karbon fiberlere dayanan kompozit malzemeler kullanılarak gerçekleştirildi. Bu malzemeler hala yüksek maliyetlidir, ancak aynı zamanda düşük yoğunluk, yüksek mukavemet ve sertlik ve önemli ısı direnci ile karakterize edilirler. Bu malzemelerin bir planör yapımında spesifik uygulama örnekleri, tek tek uçakların açıklamalarında verilmektedir.

Isıtılmış bir uçak yapısının performansını önemli ölçüde etkileyen bir başka faktör, termal streslerin etkisidir. Elemanların dış ve iç yüzeyleri arasında ve özellikle uçağın deri ve iç yapı elemanları arasındaki sıcaklık farklarının bir sonucu olarak ortaya çıkarlar. Gövdenin yüzey ısıtması, elemanlarının deformasyonuna yol açar. Örneğin, kanat derisinin böyle aerodinamik özelliklerinde bir değişikliğe yol açacak şekilde bükülmesi meydana gelebilir. Bu nedenle, birçok uçakta, yüksek sertlik ve iyi yalıtım özellikleri ile karakterize lehimli (bazen yapıştırılmış) çok katmanlı kaplama kullanılır veya uygun kompansatörlere sahip iç yapısal elemanlar kullanılır (örneğin, bir F-105 uçakta, yan eleman duvarları oluklu sacdan yapılır). Ayrıca kanadın, tanktan yanma odasının nozullarına giderken deri altına akan yakıtla (örneğin, bir X-15 uçağı ile) soğutulmasıyla ilgili deneyler de bilinmektedir. Bununla birlikte, yüksek sıcaklıklarda yakıt genellikle koklanır, bu nedenle bu tür deneyler başarısız olarak kabul edilebilir.

Plazma püskürtme ile bir refrakter malzeme yalıtım katmanı uygulamak da dahil olmak üzere çeşitli yöntemler araştırılmaktadır. Diğer kabul edilen umut verici yöntemler uygulama bulamamıştır. Diğer şeylerin yanı sıra, mahfaza içine gaz üflenerek, gözenekli mahfaza yoluyla yüzeye yüksek bir buharlaşma sıcaklığına sahip sıvı uygulanarak “terleme” ile soğutularak ve ayrıca mahfazanın bir kısmının (ablatif materyaller) erimesi ve sürüklenmesi ile oluşturulan soğutma ile oluşturulan bir “koruyucu tabaka” kullanılması önerilmiştir.

Oldukça spesifik ve aynı zamanda çok önemli bir görev, kokpitte ve ekipman bölmelerinde (özellikle elektronik) uygun sıcaklığı ve yakıt ve hidrolik sistemlerin sıcaklığını korumaktır. Şu anda, bu sorun yüksek performanslı klima, soğutma ve soğutma sistemleri, etkili ısı yalıtımı, yüksek buharlaşma sıcaklıklarına sahip hidrolik sıvıların kullanılması, vb.

Termal bariyer ile ilgili sorunlar kapsamlı bir şekilde ele alınmalıdır. Bu alandaki herhangi bir ilerleme, bu tip uçakların önündeki engelleri, bu şekilde hariç tutmadan daha yüksek uçuş hızına doğru iter. Bununla birlikte, daha yüksek hızlara duyulan arzu, daha iyi malzemelerin kullanılmasını gerektiren daha karmaşık yapıların ve ekipmanların yaratılmasına yol açar. Bunun ağırlık, satın alma maliyeti ve uçağın işletme ve bakım maliyetleri üzerinde gözle görülür bir etkisi vardır.

Yukarıdaki tablodan. Savaş uçaklarının 2 verisi çoğu durumda 2200-2600 km / s maksimum hızın rasyonel olarak kabul edildiğini göstermektedir. Sadece bazı durumlarda, uçağın hızının M ~ 3'ü aşması gerektiğine inanılmaktadır. Bu hızları geliştirebilen hava aracı, deney araçları X-2, XB-70A ve T. 188, keşif SR-71 ve E-266'yı içerir.

1* Soğutma, ısının soğuk bir kaynaktan yüksek sıcaklığa sahip bir ortama zorla aktarılması ve ısının doğal hareket yönünü yapay olarak (soğutma işlemi gerçekleştiğinde ılık bir cisimden soğuk olana) karşı koyar. En basit buzdolabı bir ev buzdolabı.

Aerodinamik ısıtma

havada veya başka bir gazda yüksek hızda hareket eden cisimlerin ısıtılması. A. n. - vücuda uçan hava moleküllerinin vücudun yakınında inhibe edilmesinin sonucu.

Eğer uçuş ekinlerin süpersonik hızında yapılırsa, frenleme esas olarak şok dalgasında gerçekleşir (Bkz. Şok dalgası) , vücudun önünde ortaya çıkıyor. Hava moleküllerinin daha fazla inhibisyonu doğrudan vücudun yüzeyinde, sınır Katmanı (Bkz. Sınır Katmanı). Hava moleküllerini frenlerken termal enerji yani, hareketli bir gövdenin yüzeyine yakın gazın sıcaklığı, gazın hareketli gövdenin yakınında ısıtılabileceği maksimum sıcaklığı arttırır, sözde fren sıcaklığı:

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

nerede T n - hava sıcaklığı v - vücut uçuş hızı c p - özısı sabit basınçta gaz. Yani, örneğin, üçlü ses hızıyla süpersonik bir uçakla uçarken (yaklaşık 1 km / s) frenleme sıcaklığı yaklaşık 400 ° C'dir ve uzay aracı 1. uzay hızında Dünya atmosferine girdiğinde (8.1 km / s) fren sıcaklığı 8000 ° C'ye ulaşır. İlk durumda, yeterince uzun bir uçuşla, uçağın cilt sıcaklığı fren sıcaklığına yakın değerlere ulaşırsa, ikinci durumda, uzay aracının yüzeyi, malzemelerin bu kadar yüksek sıcaklıklara dayanamaması nedeniyle kaçınılmaz olarak çökmeye başlayacaktır.

Yüksek bir sıcaklığa sahip gaz bölgelerinden, ısı hareketli bir gövdeye aktarılır ve A. n. A.'nin iki formu vardır. - konvektif ve radyasyon. Konvektif ısıtma, sınır tabakasının harici, "sıcak" kısmından vücudun yüzeyine ısı transferinin bir sonucudur. Kantitatif konvektif ısı akısı, orandan belirlenir.

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

nerede T e - denge sıcaklığı (enerji giderimi yoksa vücudun yüzeyinin ısınabileceği sınırlayıcı sıcaklık), T w gerçek yüzey sıcaklığıdır, bir - vücudun hızına, yüksekliğine, şekline ve büyüklüğüne ve diğer faktörlere bağlı olarak konvektif ısı transfer katsayısı. Denge sıcaklığı durgunluk sıcaklığına yakındır. Katsayı bağımlılığı türü ve bu parametrelerden sınır tabakasındaki akış rejimi tarafından belirlenir (laminer veya türbülanslı). Çalkantılı bir akış durumunda, konvektif ısıtma daha yoğun hale gelir. Bunun nedeni, moleküler termal iletkenliğe ek olarak, sınır tabakasındaki türbülans hız darbelerinin enerji transferinde önemli bir rol oynamaya başlamasıdır.

Artan uçuş hızı ile, şok dalgasının arkasındaki ve sınır tabakasındaki hava sıcaklığı artar, bunun sonucunda ayrışma ve iyonlaşma moleküller. Bu işlemde oluşan atomlar, iyonlar ve elektronlar daha soğuk bölgeye - vücudun yüzeyine yayılır. Ters bir reaksiyon var (rekombinasyon) , ısı açığa çıkar. Bu konvektif A.'ye ek bir katkı sağlar. N.

Yaklaşık 5000 uçuş hızına ulaşıldığında hanım şok dalgasının arkasındaki sıcaklık gazın yayılmaya başladığı değerlere ulaşır. Yüksek sıcaklıklı bölgelerden vücudun yüzeyine radyant enerji transferi nedeniyle radyasyon ısıtması meydana gelir. Bu durumda, en büyük rol, spektrumun görünür ve ultraviyole bölgelerindeki radyasyon tarafından oynanır. İlk uzayın altındaki hızlarla Dünya'nın atmosferinde uçarken (8.1 km / s) radyasyon ısıtma konvektif ile karşılaştırıldığında küçüktür. İkinci uzay hızında (11.2 km / s) değerleri yakınlaşır ve 13-15 uçuş hızlarında km / s ve yukarıda, diğer gezegenlere uçuşlardan sonra Dünya'ya dönüşe karşılık gelen, ana katkı zaten radyasyon ısıtması ile yapılmıştır.

Özellikle önemli rol A. n. uzay aracı Dünya'nın atmosferine döndüğünde oynar (örneğin, Vostok, Voskhod, Soyuz). A. n. uzay araçları özel termal koruma sistemleri ile donatılmıştır (bkz. Isı koruması).

Aydınlatılmış .: Havacılık ve roket teknolojisinde ısı transferinin temelleri, M., 1960; Dorrens W. H., Viskoz gazın hipersonik akımları, çev. İngilizceden., M., 1966; Zel'dovich Ya. B., Raizer Yu. P., Şok dalgalarının fiziği ve yüksek sıcaklıkta hidrodinamik olay, 2. baskı, Moskova, 1966.

N.A. Anfimov.

Büyük Sovyet Ansiklopedisi. - M: Sovyet Ansiklopedisi. 1969-1978 .

Diğer sözlüklerde "Aerodinamik ısıtma" nın ne olduğunu görün:

Hava veya diğer gazlarda yüksek hızda hareket eden ısıtma gövdeleri. A. n. vücuda çarpan hava moleküllerinin sonucu vücudun yakınında engellenir. Uçuş süpersonik ile yapılırsa. hız, frenleme öncelikle şokta meydana gelir ... ... Fiziksel Ansiklopedi

Havada (gaz) yüksek hızda hareket eden bir gövdenin ısıtılması. Vücut süpersonik bir hızda hareket ettiğinde (örneğin, kıtalararası kafa kısımları olduğunda) belirgin bir aerodinamik ısıtma görülür. balistik füzeler) EdwART. ... ... Deniz Sözlüğü

aerodinamik ısıtma - Gaz akışkan bir cismin yüzeyinin gazlı bir ortamda yüksek hızda konvektif ve hipersonik hızlarda ısıtılması ve gazlı ortam ile sınır veya şok tabakasında radyasyonla ısı transferi. [GOST 26883 ... ... Teknik Tercüman Referansı

Havada veya diğer gazlarda yüksek hızda hareket eden bir vücudun sıcaklığındaki artış. Aerodinamik ısıtma, vücudun yüzeyine yakın gaz moleküllerinin yavaşlamasının bir sonucudur. Yani, bir uzay aracı 7.9 km / s hızında Dünya'nın atmosferine girdiğinde ... ... ansiklopedik sözlük

aerodinamik ısıtma - aerodinaminis statusšilimas statusas Sritis Energetika apibrėžtis Kūnų, judančių dujose (cevher) dideliu greičiu, paviršiaus įšilimas. atitikmenys: angl. aerodinamik ısıtma vok. aerodynamische Aufheizung, fr. aerodinamik ısıtma, m pranc ... ... ... Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas - hava veya diğer gazlarda yüksek hızda hareket eden bir cismin sıcaklığındaki artış. A. ve. vücudun yüzeyine yakın gaz moleküllerinin inhibisyonunun sonucu. Yani, kozmik girişinde. yüzeydeki 7.9 km / s hızda Dünya atmosferine Doğal Tarih. ansiklopedik sözlük

Roket tasarımının aerodinamik ısınması - Roket yüzeyinin hareketi sırasında atmosferin yoğun katmanlarında yüksek hızda ısıtılması. AN - bir rokete uçan hava moleküllerinin vücudunun yakınında inhibe edilmesinin sonucu. Bu durumda, kinetik enerjinin geçişi gerçekleşir ... ... Stratejik Roket Kuvvetleri Ansiklopedisi

Concorde Concorde havaalanında ... Wikipedia