ऊष्मा कवच

इंजीनियरिंग में, एक हीट शील्ड 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 अक्सर निकास गर्मी प्रबंधन और घर्षण गर्मी को नष्ट करने के लिए प्रणालियों के संदर्भ में किया जाता है। ऑटोमोटिव और एयरोस्पेस में हीट शील्ड का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है।

संचालन के सिद्धांत
हीट शील्ड दो प्राथमिक तंत्रों द्वारा संरचनाओं को अत्यधिक तापमान और थर्मल ग्रेडियेंट से बचाती है। थर्मल इन्सुलेशन और विकिरण शीतलन, क्रमशः उच्च बाहरी सतह के तापमान से अंतर्निहित संरचना को अलग करते हैं, जबकि थर्मल विकिरण के माध्यम से बाहर की ओर गर्मी का उत्सर्जन करते हैं। अच्छी कार्यक्षमता प्राप्त करने के लिए हीट शील्ड के लिए आवश्यक तीन विशेषताएँ कम तापीय चालकता (उच्च तापीय प्रतिरोध), उच्च उत्सर्जन और अच्छी तापीय स्थिरता (अपवर्तकता) हैं। उच्च उत्सर्जन कोटिंग्स (एचईसी) के साथ झरझरा सिरेमिक अक्सर इन तीन विशेषताओं को संबोधित करने के लिए नियोजित होते हैं, सिरेमिक की अच्छी थर्मल स्थिरता, झरझरा सामग्री के थर्मल इन्सुलेशन और एचईसी द्वारा पेश किए जाने वाले अच्छे विकिरण शीतलन प्रभाव के कारण।

ऑटोमोटिव
आंतरिक दहन इंजनों द्वारा बड़ी मात्रा में दी जाने वाली गर्मी के कारण, अधिकांश इंजनों पर हीट शील्ड का उपयोग घटकों और बॉडीवर्क को गर्मी से होने वाले नुकसान से बचाने के लिए किया जाता है। सुरक्षा के साथ-साथ प्रभावी हीट शील्ड अंडर-बोनट तापमान को कम करके प्रदर्शन लाभ दे सकते हैं, इसलिए सेवन तापमान को कम कर सकते हैं। हीट शील्ड की कीमत में व्यापक रूप से भिन्नता होती है, लेकिन अधिकांश को फिट करना आसान होता है, आमतौर पर स्टेनलेस स्टील क्लिप या उच्च तापमान टेप द्वारा। ऑटोमोटिव हीट शील्ड के दो मुख्य प्रकार हैं: नतीजतन, इंजन ट्यूनिंग के एक चरण के दौरान अक्सर शौकिया और पेशेवर दोनों कर्मियों द्वारा हीट शील्ड लगाया जाता है।
 * कठोर ताप कवच, हाल तक, ठोस स्टील से बनाया गया है, लेकिन अब इसे अक्सर एल्यूमीनियम से बनाया जाता है। गर्मी इन्सुलेशन में सुधार के लिए सिरेमिक थर्मल बाधा कोटिंग के साथ कुछ उच्च अंत कठोर गर्मी ढाल एल्यूमीनियम शीट या अन्य कंपोजिट से बने होते हैं।
 * लचीली हीट शील्ड सामान्य रूप से पतली एल्यूमीनियम शीटिंग से बनाई जाती है, जिसे फ्लैट या रोल में बेचा जाता है, और फिटर द्वारा हाथ से मोड़ा जाता है। उच्च प्रदर्शन लचीले हीट शील्ड में कभी-कभी अतिरिक्त शामिल होते हैं, जैसे कि प्लाज्मा छिड़काव के माध्यम से सिरेमिक इन्सुलेशन। ये नवीनतम उत्पाद टॉप-एंड मोटरस्पोर्ट्स जैसे सूत्र 1 में आम हैं।
 * विभिन्न घटकों जैसे कि निकास, टर्बो, DPF, या अन्य निकास घटकों के लिए उपयोग की जाने वाली टेक्सटाइल हीट शील्ड।

इंजन माउंट वेंट्स को ठंडा करने के लिए हीट शील्ड 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 इन्सुलेट करने की आवश्यकता होती है। यह, उदा. इंजन चढ़ता है। उचित थर्मल विश्लेषण और हीट शील्ड के उपयोग की मदद से, इंजन माउंट वेंट्स को सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन के लिए अनुकूलित किया जा सकता है।

विमान
उच्च गति पर कुछ हवाई जहाज, जैसे कि कॉनकॉर्ड और SR-71 ब्लैकबर्ड, को समान, लेकिन कम, अंतरिक्ष यान में होने वाले ओवरहीटिंग को ध्यान में रखते हुए डिज़ाइन किया जाना चाहिए। कॉनकॉर्ड के मामले में एल्युमीनियम नोज 127 °C के अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान तक पहुँच सकता है (जो कि बाहर की परिवेशी वायु से 180 °C 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 आरसीसी से बेहतर हो सकती है। प्रोटोटाइप SHARP (स्लेंडर हाइपरवेलोसिटी एरोथर्मोडायनामिक रिसर्च प्रोब) ज़िरकोनियम डाइबोराइड (ZrB) जैसे अति-उच्च तापमान सिरेमिक पर आधारित है।2) और हेफ़नियम डाइबोराइड (HfB2). इन सामग्रियों पर आधारित थर्मल 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 थर्मल संरक्षण विशेषताएं होती हैं। वे आरसीसी 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। मोंटाना विश्वविद्यालय के माध्यम से इस सुरक्षा प्रणाली के परीक्षण के लिए नासा ने 2001 में एक अनुसंधान और विकास कार्यक्रम को वित्त पोषित (और बाद में बंद कर दिया)। यूरोपीय आयोग ने 2016 में अनुसंधान और तकनीकी विकास के लिए फ्रेमवर्क प्रोग्राम के एनएमपी-19-2015 कॉल के तहत एक शोध परियोजना, C3HARME को वित्तपोषित किया (जो अभी भी जारी है) अल्ट्रा हाई टेम्परेचर सिरेमिक के एक नए वर्ग के डिजाइन, विकास, उत्पादन और परीक्षण के लिए सिलिकॉन कार्बाइड फाइबर और कार्बन फाइबर के साथ प्रबलित मैट्रिक्स कंपोजिट | अल्ट्रा-रिफ्रैक्टरी सिरेमिक मैट्रिक्स कंपोजिट गंभीर एयरोस्पेस वातावरण में अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं।

अंतरिक्ष यान
अंतरिक्ष यान जो पृथ्वी, मंगल और शुक्र जैसे वातावरण वाले ग्रह पर उतरता है, वर्तमान में ऐसा उच्च गति से वातावरण में प्रवेश करके करता है, जो रॉकेट शक्ति के बजाय उन्हें धीमा करने के लिए वायु प्रतिरोध पर निर्भर करता है। वायुमंडलीय पुन: प्रवेश की इस पद्धति का एक पक्ष प्रभाव 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:
 * एब्लेटिव गर्मी भार में प्लास्टिक रेजिन की एक परत होती है, जिसकी बाहरी सतह को गैस में गर्म किया जाता है, जो फिर संवहन द्वारा गर्मी को दूर ले जाती है। ऐसी ढालों का उपयोग प्रोजेक्ट मरकरी#स्पेसक्राफ्ट, प्रोजेक्ट जेमिनी#स्पेसक्राफ्ट, और अपोलो (अंतरिक्ष यान) अंतरिक्ष यान पर किया गया था, और वर्तमान में स्पेसएक्स ड्रैगन 2 अंतरिक्ष यान और ओरियन (अंतरिक्ष यान) अंतरिक्ष यान द्वारा उपयोग किया जाता है।
 * एक वायुमंडलीय प्रविष्टि#थर्मल सोख अंतरिक्ष यान संरचना से गर्मी को अवशोषित और विकीर्ण करने के लिए एक इन्सुलेट सामग्री का उपयोग करता है। अंतरिक्ष शटल  पर इस प्रकार का उपयोग किया गया था, जिसमें स्पेस शटल थर्मल प्रोटेक्शन सिस्टम # वाहन की अधिकांश सतह पर सामग्री शामिल थी, उच्चतम ताप भार बिंदुओं (नाक और पंख के अग्रणी किनारों) पर प्रबलित कार्बन-कार्बन सामग्री के साथ। एक पंख पर इस सामग्री के नुकसान के कारण 2003 का स्पेस शटल कोलंबिया आपदा हुआ।

अमेरिका द्वारा विकसित संभावित इन्फ्लेटेबल #Spacecrafts के साथ (लो अर्थ ऑर्बिट फ्लाइट टेस्ट इन्फ्लेटेबल डिक्लेरेटर - LOFTID) और चीन, अंतरिक्ष प्रक्षेपण प्रणाली  जैसे एकल-उपयोग वाले रॉकेटों को महंगे इंजनों को उबारने के लिए इस तरह के हीट शील्ड के साथ रेट्रोफिटेड माना जाता है, संभवतः लॉन्च की लागत को काफी कम कर देता है।

निष्क्रिय शीतलन
पैसिव कूल्ड प्रोटेक्टर्स 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। शुरुआती संस्करणों में टाइटेनियम, फीरोज़ा  और तांबे जैसी धातुओं की पर्याप्त मात्रा शामिल थी। इससे वाहन का द्रव्यमान बहुत बढ़ गया। ऊष्मा अवशोषण और विभक्ति प्रणालियाँ बेहतर हो गईं।

आधुनिक वाहनों में, धातु के बजाय निष्क्रिय शीतलन को प्रबलित कार्बन-कार्बन सामग्री के रूप में पाया जा सकता है। यह सामग्री नाक की थर्मल सुरक्षा प्रणाली और स्पेस शटल के सामने के किनारों का गठन करती है और वाहन लॉकहीड मार्टिन एक्स -33|X-33 के लिए प्रस्तावित की गई थी। कार्बन 3825 °C के उर्ध्वपातन तापमान (ग्रेफाइट के लिए) के साथ ज्ञात 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। कुछ अंतरिक्ष यान एक बड़े रॉकेट इंजन द्वारा उत्पादित गर्मी से ईंधन टैंक और उपकरणों की रक्षा के लिए हीट शील्ड (पारंपरिक ऑटोमोटिव अर्थ में) का भी उपयोग करते हैं। इस तरह की ढालों का उपयोग अपोलो अपोलो कमांड/सर्विस मॉड्यूल # सर्विस मॉड्यूल (एसएम) और अपोलो चंद्र मॉड्यूल  डिसेंट स्टेज पर किया गया था।

सैन्य
हीट शील्ड्स को अक्सर अर्ध-[[स्वचालित बन्दूक]] | अर्ध-स्वचालित या स्वचालित बन्दूक राइफलों और शॉटगनों को बैरल कफन के रूप में चिपका दिया जाता है ताकि उपयोगकर्ता के हाथों को तेजी से उत्तराधिकार में फायरिंग शॉट्स से होने वाली गर्मी से बचाया जा सके। उन्हें अक्सर पंप-एक्शन कॉम्बैट शॉटगन से चिपका दिया गया है, जिससे सैनिक संगीन का उपयोग करते हुए बैरल को पकड़ सकता है।

उद्योग
हीट शील्ड्स का उपयोग मेटलर्जिकल उद्योग में बिल्डिंग के स्ट्रक्चरल 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)