Коллекция заблуждений: входящий в атмосферу космический корабль нагревается от трения об воздух

Есть вот такие расхожие суждения,которые,с одной стороны,и не вполне далеки от истины,но с другой — неверно отражают суть явления. Да,при вхождении в плотные слои атмосферы обшивка космического корабля начинает нагреваться,да так,что не будь термоизоляции,она неминуемо разрушилась бы. Как часто разрушаются,например,не долетев до поверхности Земли метеорные тела. И,разумеется,главная причина нагрева — встреча несущегося на сверхзвуковой скорости объекта с достаточно плотной газовой средой. При этом даже в научно-популярной литературе приходится встречать утверждение о том,что все дело в трении о воздух. А вот это уже неправда.

Коллекция заблуждений: входящий в атмосферу космический корабль нагревается от трения об воздух

Вхождение в плотные слои в интерпретации художника

Трение о воздух, конечно, происходит, и при этом выделяется какое-то количество тепла, однако раскаляет обшивку спускаемого аппарата и заставляет пылать и взрываться летящие к земле болиды другой физический процесс, называемый аэродинамическим нагревом.

Фото Вхождение в плотные слои в интерпретации художника

Как известно, впереди движущегося в газе со сверхзвуковой скоростью тела формируется ударная волна — тонкая переходная область, в которой происходит резкое, скачкообразное увеличение плотности, давления и скорости вещества.

Естественно, при повышении давления газа он нагревается — резкое увеличение давления приводит к быстрому повышению температуры. Вторым фактором — это и есть собственно аэродинамический нагрев — становится торможение молекул газа в тонком слое, прилегающем непосредственно к поверхности движущегося объекта — энергия хаотичного движения молекул возрастает, и температура вновь растет. А уже горячий газ нагревает и само мчащееся на сверхзвуке тело, причем тепло переносится как с помощью теплопроводности, так и с помощью излучения. Правда излучение молекул газа начинает играть заметную роль при очень высоких скоростях, например, на 2-й космической.

Фото Шаттл c зонами нагрева

С проблемой аэродинамического нагрева приходится сталкиваться не только конструкторам космических кораблей, но и разработчикам сверхзвуковых летательных аппаратов — тех, что никогда не покидают атмосферу.

Фото Concorde

Известно, что конструкторы первых в мире сверхзвуковых пассажирских самолетов — Concorde и Ту-144 — были вынуждены отказаться от идеи заставить свои самолеты летать со скоростью 3 Маха (пришлось довольствоваться «скромными» 2,3). Причина — аэродинамический нагрев. При такой скорости он раскалял бы обшивки лайнеров до таких температур, которые могли уже сказаться на прочности алюминиевых конструкций. Заменять же алюминий на титан или специальную сталь (как в военных проектах) было невозможно по экономическим соображениям.

https://www.popmech.ru/ Андрей Сердечнов

  • avatar
  • .
  • +16

5 комментариев

avatar
ну это не совсем заблуждение.
ведь всё равно нагревается :)
avatar
так по сути то всё равно от воздуха нагрев?
а уже не так и важно от трения или аэродинамический.
  • Volk
  • 0
avatar
Заблуждение было именно про трение. Тоже так считал раньше.
avatar
что трение, что аэротднагрев как не назови, смысл один и тот же. Кинетическая энергия молекул газа превращается в тепловую энергию. Всем известно, что при сжимании газ нагревается от трения молекул а вот каким способом переходит нагрев это уже тонкости.
avatar
В этих тонкостях и заключалось заблуждение.
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.