Для регулирования температуры внешней поверхности можно использовать методы электрического или магнитного воздействия на плазму, обтекающую защищаемую поверхность. Магнитногидродинамический способ требует создания поля сил в ионизированной плазме, обтекающей тело (проблема аналогична задаче удержания плазмы при управляемой термоядерной реакции). Магнитное поле, воздействуя на слой сжатого газа, в состав которого входят, кроме нейтральных молекул и атомов, электрически заряженные ионы и электроны, увеличивает расстояние между ударной волной и поверхностью тела. Это приводит к росту пограничного слоя, а следовательно, к уменьшению градиентов, скорости и температуры.
Термоэлектрический способ основан на поглощении тепла и преобразовании его в другую форму энергии, например электрическую. Примером устройства, использующего этот способ преобразования-энергии, является всем хорошо известная термопара. Однако как магнитногидродинамический, так и термоэлектрический способы уменьшения тепловых потоков к поверхности тела, несмотря на всю свою привлекательность, еще очень слабо изучены, особенно в условиях высокой интенсивности теплообмена.
Охлаждение тел за счет физико-химических превращений. Использование фазовых превращений — плавления и испарения или сублимации — открывает перспективы существенного улучшения теплозащитных свойств систем охлаждения. Любое фазовое превращение, как правило, сопровождается значительным тепловым эффектом (количество тепла, требуемое для перевода 1 кг вещества из одного состояния в другое). Величина теплового эффекта связана с температурой фазового превращения. При плавлении происходит частичное ослабление межатомных связей, поэтому по своей тепловой эффективности оно намного (в 10—20 раз) уступает испарению, когда рвутся все связи кристаллической решетки и атомы становятся практически независимыми друг от друга. Значение теплоты испарения колеблется от 5000 кДж/кг у низкотемпературных металлов до 10 000 кДж/кг у тугоплавких окислов и 20 000 у графита. На разрушение материала затрачивается значительная часть тепла, поступающего к поверхности тела извне, в результате лишь малая его часть отводится внутрь материала теплопроводностью. При высоких температурах в пограничном слое может происходить многократная диссоциация и ионизация продуктов уноса, что связано с дополнительным поглощением тепла.
11 июля 2012
