АЭРОДИНАМИ́ЧЕСКИЙ НАГРЕ́В

АЭРОДИНАМИ́ЧЕСКИЙ НАГРЕ́В, на­грев тел, дви­жу­щих­ся с боль­шой ско­ро­стью в воз­ду­хе или ином га­зе. А. н. не­раз­рывно свя­зан с аэ­ро­ди­на­ми­че­ским со­про­тив­ле­ни­ем, ко­то­рое ис­пы­ты­ва­ют те­ла при дви­же­нии в ат­мо­сфе­ре; энер­гия, за­тра­чи­вае­мая на его пре­одо­ле­ние, час­тич­но пе­ре­да­ёт­ся те­лу в ви­де А. н. При дви­же­нии те­ла встреч­ный по­ток га­за тор­мо­зит­ся вбли­зи его по­верх­но­сти. Ес­ли те­ло дви­жет­ся со сверх­зву­ко­вой ско­ро­стью, то тор­мо­же­ние про­ис­хо­дит сна­ча­ла в удар­ной вол­не, воз­ни­каю­щей пе­ред те­лом, за­тем не­по­сред­ст­вен­но у са­мой его по­верх­но­сти, где тор­мо­же­ние вы­зы­ва­ет­ся си­ла­ми вяз­ко­сти, за­став­ляю­щи­ми мо­ле­ку­лы га­за «при­ли­пать» к по­верх­но­сти, об­ра­зуя т. н. по­гра­нич­ный слой. При тор­мо­же­нии по­то­ка его ки­не­тич. энер­гия умень­ша­ет­ся и со­от­вет­ст­вен­но уве­ли­чи­ва­ют­ся внут­рен­няя энер­гия га­за и его темп-ра. Так, при по­лё­те ЛА со ско­ро­стью, втрое пре­вы­шаю­щей ско­рость зву­ка (ок. 1 км/с), темп-ра воз­ду­ха у его по­верх­но­сти со­став­ля­ет ок. 400 К, при вхо­де в ат­мо­сфе­ру Зем­ли с 1-й кос­мич. cкоростью (ок. 8 км/с) дос­ти­га­ет 8000 К, а со 2-й кос­мич. ско­ро­стью (11,2 км/с) – ок. 11000 К. Из об­лас­тей га­за с по­вы­шен­ной темп-рой те­п­ло­та пе­ре­да­ёт­ся дви­жу­ще­му­ся те­лу, про­ис­хо­дит А. н. Су­ще­ст­ву­ют две фор­мы А. н. – кон­век­тив­ный и ра­диа­ци­он­ный.

Кон­век­тив­ный на­грев – след­ст­вие пе­ре­да­чи те­п­ло­ты те­п­ло­про­вод­ностью из внеш­ней, «го­ря­чей» час­ти по­гра­нич­но­го слоя к по­верх­но­сти те­ла; за­ви­сит от ско­ро­сти и вы­со­ты по­лё­та, фор­мы и раз­ме­ров те­ла, ха­рак­те­ра те­че­ния (ла­ми­нар­ное или тур­бу­лент­ное) в по­гра­нич­ном слое. В слу­чае тур­бу­лент­но­го те­че­ния кон­век­тив­ный на­грев ста­но­вит­ся ин­тен­сив­нее. При даль­ней­шем уве­ли­че­нии ско­ро­сти по­лё­та темп-ра воз­ду­ха за удар­ной вол­ной и в по­гра­нич­ном слое воз­рас­та­ет, в ре­зуль­та­те че­го про­ис­хо­дят дис­со­циа­ция и ио­ни­за­ция мо­ле­кул га­за. Об­ра­зую­щие­ся при этом ато­мы, ио­ны и элек­тро­ны диф­фун­ди­ру­ют в бо­лее хо­лод­ную об­ласть по­то­ка – к по­верх­но­сти те­ла, где про­ис­хо­дит об­рат­ная ре­ак­ция (ре­ком­би­на­ция), иду­щая с вы­де­ле­ни­ем те­п­ло­ты. Это вно­сит до­пол­нит. вклад в кон­век­тив­ный А. н.

Ра­ди­ац. на­грев про­ис­хо­дит вслед­ст­вие пе­ре­но­са лу­чи­стой энер­гии из об­лас­тей га­за с по­вы­шен­ной темп-рой к по­верх­но­сти те­ла. Наи­боль­шую роль иг­ра­ют из­лу­че­ния в ви­ди­мой и УФ-об­лас­тях спек­тра. При ско­ро­сти по­лё­та по­ряд­ка 5 км/с темп-ра га­за за удар­ной вол­ной дос­ти­га­ет зна­че­ний, при ко­то­рых газ на­чи­на­ет из­лу­чать. При по­лё­те в ат­мо­сфе­ре Зем­ли со ско­ро­стя­ми ни­же 1-й кос­ми­че­ской ра­ди­ац. на­грев мал по срав­не­нию с кон­век­тив­ным; при 2-й кос­мич. ско­ро­сти их зна­че­ния ста­но­вят­ся близ­ки­ми, а при ско­ро­стях 13–15 км/с и вы­ше (со­от­вет­ст­вую­щих воз­вра­ще­нию кос­мич. ап­па­ра­та на Зем­лю) осн. до­ля А. н. при­над­ле­жит ра­ди­ац. со­став­ляю­щей.

А. н. так­же иг­ра­ет су­ще­ст­вен­ную роль при сверх­зву­ко­вом те­че­нии га­за в ка­на­лах, в пер­вую оче­редь в со­плах ра­кет­ных дви­га­те­лей. В по­гра­нич­ном слое на стен­ках со­пла темп-ра га­за мо­жет быть близ­кой к темп-ре в ка­ме­ре сго­ра­ния ра­кет­но­го дви­га­те­ля (до 4000 К). При этом дей­ст­ву­ют те же ме­ха­низ­мы пе­ре­но­са энер­гии, что и в по­гра­нич­ном слое на по­верх­но­сти ЛА, в ре­зуль­та­те че­го и воз­ни­ка­ет А. н. сте­нок со­пла ра­кет­но­го дви­га­те­ля.

С А. н. свя­за­на про­бле­ма «те­п­ло­во­го барь­е­ра», воз­ни­каю­щая при соз­да­нии сверх­зву­ко­вых са­мо­лё­тов, ра­кет-но­си­те­лей и кос­мич. ап­па­ра­тов. Но ес­ли при дос­та­точ­но дли­тель­ном сверх­зву­ко­вом по­лё­те об­шив­ка са­мо­лё­та на­гре­ва­ет­ся до темп-ры, близ­кой к темп-ре тор­мо­же­ния (по­ряд­ка 400 К), то по­верх­ность кос­мич. ап­па­ра­та при вхо­де в ат­мо­сфе­ру Зем­ли или дру­гой пла­не­ты со ско­ро­стью бо­лее 10–11 км/с не­ми­нуе­мо нач­нёт раз­ру­шать­ся из-за не­спо­соб­но­сти обыч­ных ма­те­риа­лов вы­дер­жи­вать столь боль­шие темп-ры (по­ряд­ка 6000–8000 К). По­это­му для про­ти­во­дей­ст­вия А. н. на кос­мич. ап­па­ра­тах при­ме­ня­ют те­п­ло­вую за­щи­ту.