stringtranslate.com

Охлаждение транспирации

Транспирационное охлаждение — это термодинамический процесс, при котором охлаждение достигается за счет перемещения жидкости или газа через стенку конструкции для поглощения некоторой части тепловой энергии из конструкции с одновременным активным уменьшением конвективного и лучистого [1] теплового потока, поступающего в конструкцию из окружающего пространства. [2]

Один из подходов к транспирационному охлаждению заключается в перемещении жидкости через небольшие поры во внешней стенке тела, что приводит к испарению жидкости в газ посредством физического механизма испарительного охлаждения . Возможны и другие подходы. [2] [3]

Приложения

Транспирационное охлаждение используется в аэрокосмической промышленности, в реактивных [4] и ракетных двигателях. [5] [6] В 2018 году исследователи из Оксфордского университета экспериментально тестировали транспирационное охлаждение в качестве системы тепловой защиты для гиперзвуковых транспортных средств, таких как ракеты или космопланы . [7] [3]

Охлаждение транспирацией является одним из множества методов охлаждения, которые могут быть использованы для снижения регенеративных нагрузок охлаждения в ракетных двигателях и, следовательно, для снижения требований к топливу. Существуют и другие методы, такие как пленочное охлаждение , абляционное охлаждение , радиационное охлаждение, охлаждение теплоотводом и охлаждение сбросом. [5]

Транспирационное охлаждение рассматривается для использования в космических аппаратах, возвращающихся в атмосферу Земли на гиперзвуковых скоростях, где транспирационная охлаждаемая внешняя оболочка может служить частью системы тепловой защиты возвращающегося космического корабля. [8] [9] [1] [10] SpaceX публично упомянула такую ​​систему в 2019 году для использования на своей многоразовой второй ступени Starship и орбитальном космическом корабле для смягчения суровых условий входа в атмосферу. Концепция проекта предусматривала двойную оболочку из нержавеющей стали с активным охлаждающим веществом, протекающим между двумя слоями, причем некоторые области дополнительно содержали несколько небольших пор, которые позволяли бы осуществлять транспирационное охлаждение. [8] [11] [1] После проектирования и испытаний в наземных лабораториях SpaceX впоследствии заявила, что, хотя разрабатывался альтернативный подход к снижению тепла — использование недорогой керамической плитки на наветренной стороне Starship, [12] [13] в некоторых областях можно было бы использовать транспирационное охлаждение. Ожидается, что подробности проекта будут обнародованы лишь в ограниченном объеме, поскольку законодательство США запрещает SpaceX публиковать такую ​​информацию. [14]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc https://www.teslarati.com/spacex-ceo-elon-musk-starship-transpiring-steel-heat-shield-interview/ Архивировано 24 января 2019 г. на Wayback Machine Генеральный директор SpaceX Илон Маск объясняет «прозрачный» стальной тепловой экран Starship в вопросах и ответах], Эрик Ральф, Teslarati News , 23 января 2019 г., дата обращения 30 января 2019 г.
  2. ^ ab Transspiration Cooling Архивировано 30 января 2019 г. на Wayback Machine , Thermopedia.com, по состоянию на 30 января 2019 г.
  3. ^ ab Ifti, Hassan Saad; Hermann, Tobias; McGilvray, Matthew (15 сентября 2018 г.). "Flow Characterisation of Transpiring Porous Media for Hypersonic Vehicles". 22-я Международная конференция AIAA по космическим самолетам, гиперзвуковым системам и технологиям. Форум AIAA SPACE. Американский институт аэронавтики и астронавтики . doi :10.2514/6.2018-5167. ISBN 978-1-62410-577-7. S2CID  139312401.
  4. ^ Системы охлаждения с помощью транспирации для турбин реактивных двигателей и гиперзвуковых полетов. Архивировано 2020-08-02 на Wayback Machine , доступ получен 30 января 2019 г.
  5. ^ ab Shine, SR; Nidhi, S.Shri (2018). «Обзор пленочного охлаждения жидкостных ракетных двигателей». Propulsion and Power Research . 7 : 1–18. doi : 10.1016/j.jppr.2018.01.004 .
  6. ^ Кинер, Д.; Ленерц, Дж.; Бауэрсокс, Р.; Боумен, Дж. (1995). «Влияние охлаждения транспирацией на теплопередачу и производительность сопла». Журнал космических аппаратов и ракет . 32 (6): 981–985. Bibcode : 1995JSpRo..32..981K. doi : 10.2514/3.26718.
  7. ^ Hermann, T.; Ifti, HS; McGilvray, M.; Doherty, L.; Geraets, RP (26 ноября 2018 г.). Характеристики смешивания в гиперзвуковом потоке вокруг модели плоской пластины с транспирационным охлаждением. Архивировано из оригинала 10 октября 2020 г. . Получено 10 октября 2020 г. .
  8. ^ ab Gebhardt, Chris (3 апреля 2019 г.). «Starhopper проводит статический огневой тест Raptor». NASASpaceFlight.com . Архивировано из оригинала 4 апреля 2019 г. Получено 4 апреля 2019 г. Охлаждение за счет испарения — это процесс прокачки охлаждающей жидкости (в данном случае жидкого метана) через обшивку Starship для поглощения дополнительного тепла в определенных областях корабля во время входа в атмосферу.
  9. ^ https://www.space.com/43101-elon-musk-explains-stainless-steel-starship.html Архивировано 03.02.2019 на Wayback Machine Почему Илон Маск обратился к нержавеющей стали для ракеты Starship Mars от SpaceX], Майк Уолл, space.com, 23 января 2019 г., дата обращения 30 января 2019 г.
  10. ^ "Стальной корабль SpaceX Starship светится во время входа в атмосферу Земли в первом высококачественном рендере". 26 марта 2019 г. Архивировано из оригинала 2019-03-26 . Получено 2019-03-26 .
  11. ^ SpaceX Starship будет «кровоточить» из крошечных отверстий, говорит Илон Маск. Архивировано 24 января 2019 г. на Wayback Machine . Кристин Хаузер, Футуризм . 22 января 2019 г.
  12. ^ Это можно было бы сделать, но мы разработали недорогие многоразовые плитки, которые намного легче, чем транспирационные охлаждающие плитки, и довольно прочные. Архивировано 24 сентября 2019 г. на Wayback Machine , Илон Маск, 24 сентября 2019 г., дата обращения 24 сентября 2019 г.
  13. ^ Ральф, Эрик. «SpaceX испытывает керамические теплозащитные плитки Starship на последнем летном испытании Starhopper». Teslarati . Архивировано из оригинала 24 сентября 2019 г. Получено 8 сентября 2019 г.
  14. ^ В: Вы все еще рассматриваете возможность охлаждения испарением для наиболее уязвимых точек доступа или плитки теплозащитного экрана достаточно прочны? О: В некоторых областях это может быть использовано. Законы ITAR не позволяют нам слишком подробно описывать решения. Архивировано 10 октября 2020 г. на Wayback Machine , Илон Маск, 9 октября 2020 г., дата обращения 10 октября 2020 г.