ऊष्मा कवच

इंजीनियरिंग में, उष्मा आवरण एक घटक है जिसे किसी वस्तु या मानव ऑपरेटर को गर्मी को नष्ट करने, परावर्तित करने और/या अवशोषित करने से जलने या ज़्यादा गरम होने से बचाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। शब्द का प्रयोग प्रायः निकास गर्मी प्रबंधन और घर्षण गर्मी को नष्ट करने के लिए प्रणालियों के संदर्भ में किया जाता है।  स्वचालित और अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी में उष्मा आवरण का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है।

संचालन के सिद्धांत
उष्मा आवरण दो प्राथमिक तंत्रों द्वारा संरचनाओं को अत्यधिक तापमान और उष्मीय अनुप्रवण से बचाती है।उष्मीय रोधनऔर रेडिएटिव शीतलन, क्रमशः उच्च बाहरी सतह के तापमान से अंतर्निहित संरचना को अलग करते हैं, जबकि उष्मीय विकिरण के माध्यम से बाहर की ओर गर्मी का उत्सर्जन करते हैं। अच्छी कार्यक्षमता प्राप्त करने के लिए एक उष्मीय आवरण के लिए आवश्यक तीन विशेषताएँ कम तापीय चालकता (उच्च तापीय प्रतिरोध), उच्च उत्सर्जन, और अच्छी तापीय स्थिरता (अपवर्तकता) हैं। उच्च उत्सर्जन परत (HEC) के साथ झरझरा सिरेमिक प्रायः इन तीन विशेषताओं को संबोधित करने के लिए नियोजित होते हैं, सिरेमिक की अच्छी उष्मीय स्थिरता, झरझरा सामग्री के उष्मीय रोधन और HEC द्वारा पेश किए जाने वाले अच्छे विकिरण शीतलन प्रभाव के कारण नियोजित होती है।

स्वचालित
आंतरिक दहन इंजनों द्वारा बड़ी मात्रा में दी गई गर्मी के कारण, अधिकांश इंजनों पर उष्मीय आवरण का उपयोग घटकों और बॉडीवर्क को गर्मी से होने वाले नुकसान से बचाने के लिए किया जाता है। सुरक्षा के साथ-साथ प्रभावी उष्मीय आवरण अंडर-बोनट तापमान को कम करके प्रदर्शन लाभ दे सकते हैं, इसलिए ग्राह्यता तापमान को कम कर सकते हैं।उष्मीय आवरण की कीमत में व्यापक रूप से भिन्नता होती है, लेकिन अधिकांश को प्रायः स्टेनलेस स्टील क्लिप या उच्च तापमान टेप द्वारा व्यवस्थित करना आसान होता है। स्वचालित आवरण के दो मुख्य प्रकार हैं:: परिणामस्वरूप इंजन समस्वरण के एक चरण के दौरान प्रायः शौकिया और पेशेवर दोनों कर्मियों द्वारा उष्मीय आवरण लगाया जाता है।
 * कठोर ताप कवच, हाल तक, ठोस स्टील से बनाया गया था, लेकिन अब इसे प्रायः एल्यूमीनियम से बनाया जाता है। गर्मी पृथक्कर्ण  में सुधार के लिए सिरेमिक ऊष्मा बाधा परत के साथ कुछ उच्च अंत कठोर गर्मी ढाल एल्यूमीनियम परत या अन्य संयोजन से बने होते हैं।
 * लचीला उष्मीय आवरण सामान्य रूप से पतली एल्यूमीनियम शीटिंग से बनाया जाता है, जिसे या तो फ्लैट या रोल में बेचा जाता है, और फिटर द्वारा हाथ से मोड़ा जाता है। उच्च प्रदर्शन लचीले उष्मीय आवरण में कभी-कभी अतिरिक्त सम्मिलित होते हैं, जैसे कि प्लाज्मा छिड़काव के माध्यम से सिरेमिक रोधन। ये नवीनतम उत्पाद टॉप-एंड मोटरस्पोर्ट् जैसे फॉर्मूला 1 में साधारण हैं।
 * विभिन्न घटकों जैसे निकास, टर्बो, DPF, या अन्य निकास घटकों के लिए उपयोग की जाने वाली टेक्सटाइल उष्मीय आवरण।

इंजन माउंट वेंट्स को ठंडा करने के लिए उष्मीय आवरण का भी उपयोग किया जाता है। जब एक वाहन उच्च गति पर होता है तो हुड इंजन डिब्बे के नीचे ठंडा करने के लिए पर्याप्त रैम हवा होती है, लेकिन जब वाहन कम गति से चल रहा होता है या ढाल पर चढ़ रहा होता है तो इंजन की गर्मी को आसपास के अन्य भागों में स्थानांतरित करने के लिए क्रोधित करने की आवश्यकता होती है। यह, उदा. इंजन का चढ़ना है। उचित उष्मीय विश्लेषण की मदद से, इंजन माउंट वेंट्स को सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन के लिए अनुकूलित किया जा सकता है।

विमान
उच्च गति पर कुछ विमान, जैसे कि कॉनकॉर्ड और SR-71 ब्लैकबर्ड, को समान, लेकिन कम, अंतरिक्ष यान में जो होता है, उससे अधिक गर्म होने पर विचार करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए। कॉनकॉर्ड में एल्युमीनियम नोज 127 डिग्री सेल्सियस के अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान तक पहुंच सकता है (जो बाहर परिवेशी हवा से 180 डिग्री सेल्सियस अधिक है जो शून्य से नीचे है); अधिकतम तापमान के साथ जुड़े धातु संबंधी परिणाम अधिकतम विमान गति को निर्धारित करने में एक महत्वपूर्ण कारक थे।

हाल ही में नई सामग्री विकसित की गई है जो RCC से बेहतर हो सकती है। प्रोटोटाइप SHARP (स्लेंडर हाइपरवेलोसिटी एरोथर्मोडायनामिक रिसर्च प्रोब) ज़िरकोनियम डाइबोराइड (ZrB2) और हेफ़नियम डाइबोराइड (HfB2) जैसे अति-उच्च तापमान सिरेमिक पर आधारित है. इन सामग्रियों पर आधारित उष्मीय सुरक्षा प्रणाली समुद्र तल पर मैक संख्या 7 की गति तक पहुंचने की अनुमति देगी, मैक 11 को 35000 मीटर और हाइपरसोनिक गति के लिए डिजाइन किए गए वाहनों के लिए महत्वपूर्ण सुधार करेगी।उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में 3500 डिग्री सेल्सियस से अधिक पिघलने बिंदु के साथ 0 डिग्री सेल्सियस से 2000 डिग्री सेल्सियस तक तापमान सीमा में उष्मीय संरक्षण विशेषताएं होती हैं। वे RCC की तुलना में संरचनात्मक रूप से अधिक प्रतिरोधी हैं, इसलिए उन्हें अतिरिक्त सुदृढीकरण की आवश्यकता नहीं है, और अवशोषित गर्मी को फिर से विकिरणित करने में बहुत कुशल हैं। नासा ने 2001 में मोंटाना विश्वविद्यालय के माध्यम से इस सुरक्षा प्रणाली के परीक्षण के लिए एक अनुसंधान और विकास कार्यक्रम को वित्तपोषित (और बाद में बंद कर दिया) किया। यूरोपीय आयोग ने 2016 में अनुसंधान और तकनीकी विकास के लिए फ्रेमवर्क प्रोग्राम के NMP-19-2015 कॉल के तहत एक शोध परियोजना, C3HARME को वित्तपोषित किया अल्ट्रा-रिफ्रैक्टरी सिरेमिक के एक नए वर्ग के डिजाइन, विकास, उत्पादन और परीक्षण के लिए अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी वातावरण में अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त सिलिकॉन कार्बाइड फाइबर और कार्बन फाइबर के साथ मैट्रिक्स संयोजन प्रबलित वातावरण में अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं।

अंतरिक्ष यान
अंतरिक्ष यान जो पृथ्वी, मंगल और शुक्र जैसे वातावरण वाले ग्रह पर उतरते हैं, वर्तमान में उच्च गति से वायुमंडल में प्रवेश करके ऐसा करते हैं, जो उन्हें धीमा करने के लिए रॉकेट शक्ति के अतिरिक्त वायु प्रतिरोध पर निर्भर करता है। वायुमंडलीय पुनर्प्रवेश की इस पद्धति का एक दुष्प्रभाव वायुगतिकीय तापन है, जो एक असुरक्षित या दोषपूर्ण अंतरिक्ष यान की संरचना के लिए अत्यधिक विनाशकारी हो सकता है। वायुगतिकीय ऊष्मा कवच में ऊष्मा को नष्ट करने के लिए विशेष सामग्रियों की एक सुरक्षात्मक परत होती है। दो मूल प्रकार के वायुगतिकीय ताप कवच का उपयोग किया गया है:
 * अपादान ऊष्मा आवरण में प्लास्टिक रेजिन की एक परत होती है, जिसकी बाहरी सतह को गैस में गर्म किया जाता है, जो तब संवहन द्वारा गर्मी को दूर ले जाती है। ऐसी ढालों का उपयोग बुध, मिथुन और अपोलो अंतरिक्ष यान पर किया गया था, और वर्तमान में स्पेसएक्स ड्रैगन 2 अंतरिक्ष यान और ओरियन अंतरिक्ष यान द्वारा उपयोग किया जाता है।
 * एक उष्मीय सोख ऊष्मा परत अंतरिक्ष यान संरचना से गर्मी को अवशोषित और विकीर्ण करने के लिए एक रोधन सामग्री का उपयोग करता है।अंतरिक्ष शटल पर इस प्रकार का उपयोग किया गया था, जिसमें उच्चतम ताप भार बिंदुओं (नाक और पंख के अग्रणी किनारों) पर प्रबलित कार्बन-कार्बन सामग्री के साथ, वाहन की अधिकांश सतह पर सिरेमिक या मिश्रित टाइलें सम्मिलित थीं। एक पंख पर इस सामग्री के नुकसान के कारण 2003 का अंतरिक्ष शटल कोलंबिया आपदा हुई।

US (लो अर्थ ऑर्बिट फ्लाइट टेस्ट इन्फ्लैटेबल डिक्लेरेटर - LOFTID) और चीन, अंतरिक्ष लॉन्च प्रणाली जैसे एकल-उपयोग वाले रॉकेटों द्वारा विकसित संभावित हवा वाली वस्तुहीट आवरण के साथ इस तरह के उष्मीय आवरण के साथ पुनःसंयोजन माना जाता है महंगे इंजनों को उबारना, संभवतः लॉन्च की लागत को काफी कम करना।

निष्क्रिय शीतलन
निष्क्रिय ठंडा रक्षक का उपयोग अंतरिक्ष यान को वायुमंडलीय प्रवेश के दौरान गर्मी की चोटियों को अवशोषित करने और बाद में वातावरण में गर्मी को विकिरणित करने के लिए किया जाता है।प्रारंभिक संस्करणों में टाइटेनियम, बेरिलियम और तांबे जैसी धातुओं की पर्याप्त मात्रा सम्मिलित थी। इससे वाहन का द्रव्यमान बहुत बढ़ गया। ऊष्मा अवशोषण और विभक्ति प्रणालियाँ बेहतर हो गईं।

आधुनिक वाहनों में, धातु के अतिरिक्त निष्क्रिय शीतलन को प्रबलित कार्बन-कार्बन सामग्री के रूप में पाया जा सकता है। यह सामग्री अंतरिक्ष शटल के नाक और सामने के किनारों की उष्मीय सुरक्षा प्रणाली का गठन करती है और वाहन एक्स -33 के लिए प्रस्तावित थी। कार्बन 3825 डिग्री सेल्सियस के उच्च बनाने की क्रिया तापमान (ग्रेफाइट के लिए) के साथ जाना जाने वाला सबसे दुर्दम्य पदार्थ है। ये विशेषताएं इसे विशेष रूप से निष्क्रिय शीतलन के लिए उपयुक्त सामग्री बनाती हैं, लेकिन बहुत महंगा और नाजुक होने के नुकसान के साथ यह प्रयोग किया जाता है। कुछ अंतरिक्ष यान एक बड़े रॉकेट इंजन द्वारा उत्पादित गर्मी से ईंधन टैंक और उपकरणों की रक्षा के लिए ऊष्मा आवरण का भी उपयोग करते हैं। इस तरह की ढालों का उपयोग अपोलो अपोलो कमांड और अपोलो चंद्र मॉड्यूल डिसेंट स्टेज पर किया गया था।

सैन्य
उष्मीय आवरण को प्रायः अर्ध स्वचल या स्वचल राइफल् और शॉटगन में बैरल कफन के रूप में चिपका दिया जाता है ताकि उपयोगकर्ता के हाथों को तेजी से उत्तराधिकार में फायरिंग शॉट् से होने वाली गर्मी से बचाया जा सके। उन्हें प्रायः पंप-एक्शन कॉम्बैट शॉटगन से चिपका दिया जाता है, जिससे सैनिक संगीन का उपयोग करते हुए बैरल को पकड़ सकता है।

उद्योग
ऊष्मा आवरण का उपयोग धातुकर्मीय उद्योग में भवन के संरचनात्मक स्टील या अन्य उपकरणों को पास की तरल धातु के उच्च तापमान से बचाने के लिए किया जाता है।

यह भी देखें

 * एरोशेल
 * वायुमंडलीय पुनर्प्रवेश
 * एवोकोट
 * वे सूज जाएंगे
 * स्टारलाइट
 * सनशील्ड (JWST)