تصميم دروع طائرات الهليكوبتر العسكرية ذات السرعة العالية

التحدي الحراري للمعترضين الهجينيين

وفي المدفع ٢، يمكن أن يصل جلد طائرة ألمنيوم إلى ١٢٠ درجة مئوية. وفي المدفع ٣، يرتفع أعلى من ٣٠٠ درجة مئوية.

إن تصميم درع حراري لهذه الظروف هو مشكلة متعددة الفيزياء، ويجب على المهندس أن يوازن بين الحمولات الهيكلية، والضغط الهوائي، وتدرجات الحرارة، والأكسدة، والقابلية للاستمرار، في نفس الوقت الذي يحافظ على ضوء المركبات بما يكفي لإنجاز مهمته، وتستكشف هذه المادة المواد، واستراتيجيات التصميم، وأساليب الاختبار، ودراسات الحالات التي تحدد الهندسة الحديثة للدروع الحرارية للمعترضين السريعين.

المواد العلمية خلف نظم الحماية الحرارية

Ceramic Matrix Composites (CMCs)

فالأشجار المتحركة، مثل تلك الموجودة في مكوك الفضاء، توفر قدرة منخفضة على السير الحراري ولكنها شديدة، وبالنسبة للمعترضات العسكرية التي يجب أن تنجو من رحلات متعددة وأحيانا ما تتحول المروحيات من طراز Cch 6+، فإن المهندسين يتجهون إلى مركبات مركّبة، وهذه المواد - التي عادة ما تكون ألياف الكاريبكون المحتوية على مصفوفة عالية الخطورة من حيث الحرارة.

Carbon-Carbon Composites

وتُعتبر مركبات الكربون - الكربون (مركبات الكربون المُنفَّذة، ومركبات الكربون المُركَّبة) الخيار التقليدي لأشد الحمولات الحرارية تطرفاً، مثل ممر الأنف والجناح الرئيسية للمكوك الفضائي، وتتحمل درجات الحرارة تصل إلى 650 1 درجة مئوية في جو مؤكسد عندما تُكبَّد بكاربيد السيليكون.

المعادن والتخزينات

أما بالنسبة للمواقع الساخنة المحلية - الحواف الرئيسية، والثغرات السطحية، وسحب الشفاه - الفلزات الخلفية مثل التنغستن، والمليبدينوم، والنيوبيوم، فهي تمثل أحياناً نقاطاً عالية الارتفاع، وتذوب الثيران عند 422 3 درجة مئوية. ولكن التنغستن مكثف (19.3 غرام/سم3)، وبالتالي يستخدم المطوبات التي تُدرج في الغالب كغطاء.

المواد التراكمية

أما بالنسبة للمعترضين الذين يؤدون مقياساً عالي السرعة أو يعودون إلى ارتفاع عال، فإن المواد التراكمية هي أبسط وأكفأ حل ممكن، أما بالنسبة لنظم الدخول إلى المختبرات التي تُستخدم في شكل مكثف، فقد كانت مثبتة في شكل مركبات الكربون المشهورة، أو مركباً للوزن الخفيف (LCA-1) - معدلات الارتداد والوزن المميت والاختناق.

مبادئ التصميم الخاصة بالتدفئة الأيرودينامية

Shape Optimization

فالخط الأول للدفاع عن الحرارة هو قياس الأرض، إذ أن الحافة الرئيسية الحادة تقلل من الجر وتحسن المناورة، ولكنها تركز الحرارة: فنقطة الركود تحدد مباشرة الحد الأقصى للتدفؤ الحراري، ومن ناحية أخرى، فإن الأنف المتناثري الذي يتكون من طبقة مائية أكبر، ويزيد من الجر، ويدير مصممو المقاطع مئات من المحركات التي تعمل على إحداث التفاعل بين المركبات والمركبات، مما يؤدي إلى إحداث قيود على حدها.

هيكل نظام الحماية الحرارية

ولا يمكن أن تغطي المركبات بأكملها - فالجهاز المتطور للغاز هو نظام مطبق: فالسطح الخارجي ذو درجة عالية من الحرارة، أو الجلد المقاوم للأكسدة (مثلا، CMC، أو RCC، أو معدن مكسورة) - مما يجعل من الاختلال في درجة الحرارة المنخفضة الوزن (مثلا، ضربات الألياف الخزفية أو الأهليارات)

نظم التكرير النشطة

وعندما لا يمكن أن يحافظ المشغلون على الهيكل دون حدود درجات الحرارة، يضيفون التبريد النشط، وأبسط شكل هو التبريد التجدد: فالوقود (مثلا، ج ب - 7 أو ج - 10) يتدفق عبر ممرات في الجلد الساخن أو جدران المحركات قبل أن يحترق، ويسخن في نفس الوقت الوقود (الاحتراق الصنعي) ويبرد الهيكل.

اختبار وتقييم دروع اللحوم

Plasma Wind Tunnels

وتعتمد الاختبارات المختبرية لأداء الدرع الحراري على الأنفاق الريحية للبلازم (مرافق الجينات) وتستخدم هذه الأجهزة قوسا عالي السرعة في الغاز الحراري (المدار أو النيتروجين أو الأرغون) إلى آلاف الدرجات (كيلفين) ثم تعجله على مادة اختبارات بسرعات شديدة الخطورة.

الديناميات السائلة المحوسبة والتحليل المزدوج

وتحصل شركة نفايات على تصميم الدروع دون محاكاة واسعة النطاق، وتُحل رموز الـ " ثديي " الحديثة - مثل " US3D " ، و " LAURA " ، و " DPLR " - معادلة " الـ " الـ " ، و " " مقياس " الـ " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " ، و " " " ، و " " " " " " " " ، " " " " " ، " ، " " " " ، " " " ، " " ، " ، " ، " ، " ، "

اختبار الطيران

أما الاختبار النهائي فهو الطيران، إذ أن أجهزة الاعتراض ذات السرعة العالية العسكرية مكلفة، ولذلك فإن مؤهلات أجهزة تحديد المواقع تستخدم في كثير من الأحيان مركبات اختبارية دون النطاق أو مخصصة، وينتج عن برنامج " HIFIRE " ( " تجربة " الدولية " ) " اختبارات الحرق السريع " ، وهو " جهاز " HTV-2 " ، عطل في جهاز تحديد المواقع.

دراسات حالة عن الدروع العالية السرعة في أجهزة الاستقبال

SR-71 Blackbird: Fuel as Heat Sink

ورغم أن هذا المقياس ليس مفرطا، فإن الأشعة السينية - ٧١ كانت رائدة في العديد من تقنيات إدارة الحرارة ذات الصلة بأجهزة الاعتراض ذات السرعة العالية، وقد يتحمل جلد التيتانيوم ٣٢٠ درجة مئوية - فوق حد الألومنيوم، غير أن المناطق القريبة من المحرك الناكسي والحواف الرئيسية بلغت ٦٥٠ درجة مئوية. وكان الحل هو استخدام وقود الـ ج - ٧ كمبرد متجدد.

X-15: المولدات والمعادن العالية التكوين

وقد بلغت الطائرة الصاروخية من طراز X-15 ماش 6.7 وارتفاعات فوق 100 كيلومتر، مع مراعاة حوافها الرئيسية في إعادة التدفئة، وقد تم تركيبها من طراز Inconel X، وهو مركب خارق للنيكل يحفظ القوام فوق 800 درجة مئوية.

X-43A: Sharp Leading Edges with Carbon-Carbon

أما بالنسبة للسيارة التي تستخدم فيها أجهزة التدقيق التي تستخدم في أجهزة التجميل التي تستخدم في أجهزة التنظيف التي تستخدم في أجهزة التنظيف التي تستخدم في أجهزة التنظيف التي تستخدم في أجهزة التزود بالأجهزة الكهربائية، فهي تُعدّ في شكل أجهزة متحركة، وتُستخدم فيها أجهزة التزود بالأجهزة اللاسلكية، وتُثبت أن هذه الحواف من مركبات الكربون التي تحمل حرارة والتي تُستخدم في هذه المركبات والتي تُدار في هذه الدقائق السائلة.

الأسلحة البشرية المقبلة: المواد التكتيكية

إن البرامج العسكرية الحالية مثل " AGM-183A ARRW " (أسلحة الاستجابة السريعة المصفحة) و " HAWC " (الدروع الهوائية - الارتفاع - الارتداد) التي يجب أن تكون مثبتة، والتي تُستخدم في إطارها أجهزة التخصيب ذات الحافة العالية، والتي تُستخدم في إطار نظام " كهرباء " (Stttt) - هي عبارة عن قاذورات.

الاتجاهات المستقبلية والتوجيهات البحثية

السيراميكات المعمارية فوق العالي

وسيستخدم الجيل التالي من هذه المركبات السيراميات الحرارية فوق المرتفعة استنادا إلى ديبورايد الزركونيوم (ZrB2) وديبورايد الهافنيوم (HfB2). وهذه المواد تحتوي على نقاط تذويب فوق 200 3 درجة مئوية ومقاومة أكسيد ممتازة عندما تُحوَّل إلى كربيد السيليكون.

الحماية الحرارية التكيفية

وثمة حدود أخرى هي القدرة على التكيف - الدروع الحرارية التي تغير خصائصها استجابة لدرجات الحرارة، فعلى سبيل المثال، تصبح المعاطف المتغيرة للسياحة أكثر انعكاساً لدرجات الحرارة المرتفعة، مما يقلل من مدخلات الحرارة الإشعاعية، ويمكن أن تؤدي المواد الذكية التي تتغير (مثل المحاور الشكلية) إلى فتح فتح فتحات التبريد تلقائياً عند تجاوز درجة الحرارة القصوى.

الاستخبارات الفنية في التصميم الحراري

وينطوي تصميم نظام أفضل لتحديد المواقع على تحقيق التوازن بين عشرات المتغيرات: سميك المواد، وحجم الثغرة، وسمك التغليف، ومعدل تدفق التبريد، وأكثر من ذلك، ويمكن الآن لنماذج التعلم الماكنة أن تستكشف حيز التصميم أسرع من الدراسات الشاذة التقليدية، ويجري استخدام إطار موصلات البرمجيات المموَّلة من برنامج العمل الوطني للإحصاء والتصميم الفيزيائي الضيق للتنبؤات.

خاتمة

إن تصميم الدروع الحرارية لأجهزة اعتراض الطائرات العسكرية ذات السرعة العالية هو ميدان يتطور باستمرار ويقع في تقاطع علوم المواد، وعلم الهوائيات، وهندسة النظم، ومن العمل الرائد في الأسلحة الخفيفة غير المباشرة التي يمكن أن تكون مساحتها من طراز SR-71 و X-15 إلى الجيل القادم من مركبات النقل الجوي فوق العالي، يظل الهدف نفسه: حماية الحاسوب الجوي مع تمكين المركبة من تحقيق متطلباتها في المستقبل، وهي السرعة والخفيفة.

For further reading, see NAS ' s detailed guide on thermal protection system design], the ]DARPA Tactical Boost Glide program overview], and the comprehensive review of ]high-temperature materials for hypersonic vehicles[FL:5]