Зависимость подводимой к поверхности СА тепловой энергии от геометрической формы его поверхности.

Рассмотрим случай аэродинамического торможения в атмосфере, когда вся первоначальная энергия летящего со скоростью тела затрачивается на преодоление сопротивления. Силы сопротивления складываются из сопротивления сил нормального давления, пропорциональных коэффициенту , и сопротивления вязкого трения газа о поверхность тела, пропорционального коэффициенту , при этом конвективный теплоперенос связан с .При этом

,

где - сила нормального давления, а -площадь миделя; ,

где - сила трения. Суммарное количество тепла , подведенное к поверхности тела во время аэродинамического торможения, оказывается связанным с начальной кинетической энергией тела следующим соотношением: .

Если отнести интегральный тепловой поток к массе тела , то, как следует из приведенной выше формулы, при (случай тонкой пластины) половина кинетической энергии набегающего потока газа идет на нагрев тела. Вторая половина идет на нагрев потока газа за телом. По мере возрастания величина отношения уменьшается. Следовательно, для снижения интенсивности конвективного теплообмена между газом и поверхностью тела необходимо увеличивать ту часть сопротивления, которая связана с силами нормального давления (). Говоря другими словами, необходимо делать тело плохо обтекаемым. Ниже приведен заимствованный из монографии [ 13 ] рисунок, где иллюстрируется зависимость от начальной скорости движения тела суммарного количества тепла , подводимого конвекцией к единице массы тела при аэродинамическом торможении в атмосфере тел различной геометрической формы, характеризуемой на рисунке соотношением . Кривая А на рисунке соответствует полному переходу кинетической энергии в тепловую. Для справки отметим, что для самолета соотношение отмеченных коэффициентов приблизительно равно , тогда как для шара оно может соответствовать .

Рис. 2.5. Зависимость от начальной скорости движения суммарного количества тепла , подведенного конвекцией при аэродинамическом торможении в атмосфере Земли тел различной геометрической формы.

Если сопоставить энергию, которая требуется для плавления единицы массы различных металлов (не более нескольких сотен ), то на основании графиков можно сделать вывод, что при скоростях полета выше подводимой к телу от обтекаемого его газа энергии достаточно, чтобы это тело разрушить, если не обеспечить по возможности низкое значение соотношения коэффициентов и и не предпринять специальных мер по блокированию воздействия конвективного теплового потока на поверхность обтекаемого тела.