航空航天中的“防热衣”
宇宙飞船和航天飞机的“避火衣”.doc
宇宙飞船和航天飞机的“避火衣”作者：秋寒来源：《发明与创新(学生版)》2006年第09期2005年10月12号9时，“神舟”六号飞船剑指苍穹，成功发射。
历经五天五夜，17日4时32分神舟六号返回舱安然穿越大气层，平稳地降落在内蒙古阿木古朗草原着陆场。
2003年10月16日6时23分，“神舟”五号飞船顺利返回、安全着陆，圆满完成了中华民族首次载人航天飞行的伟大壮举。
2003年元旦0时09分，从太空传来中国“神舟”四号宇宙飞船的新年祝福声，“祝全国人民新年快乐!”飞船在完成预定考察任务以后，“返回舱”安全返回了指定地面。
“下凡”经受火的洗礼宇宙飞船和航天飞机从天外“下凡”返回地球，可是一个非常复杂的难题，它们的速度要由第一宇宙速度(7．9千米／秒)进人大气层，利用缓冲火箭和巨大的降落伞(面积有1000多平方米)，使速度逐渐降低。
宇宙飞船“返回舱”最后是以3．5～10米／秒的速度软着陆。
而航天飞机降落时的速度要大得多。
它需要一条高质量的特殊跑道，在离地面150米时起落架放下，航天飞机最后是以90米／秒左右的速度冲上跑道。
滑行约1500米后停下。
在浓密的大气层中，速度极快的宇宙飞船和航天飞机的外壁由于与空气激烈摩擦，要产生大量的热，这就是所谓的“气动加热”。
在距离地面60千米左右，温度变得最高，在机头，温度可以达到1000～3000℃。
整个机身变成一个炽热耀眼的火球，就像我们经常看到的火流星，与地面的无线电通讯都会暂时中断(称为“黑障现象”)。
这实在让人担心！宇宙飞船的“返回舱”中有宇航员和珍贵仪器资料。
所以必须保证宇宙飞船和航天飞机安全“下凡”，经过烈火高温的洗礼，通过大气层顺利返回地面。
这就必须研究制造一件宇航器的“避火衣”!宇宙飞船的“避火衣”由于宇宙飞船只使用一次，科学家为宇宙飞船“返回舱”精心设计了一件奇妙的“避火衣”。
它是用“瞬时耐高温材料”制成的，这是一种特殊纤维材料或多孔颗粒加上有机物组成的，是一种低导热复合材料，这一层材料厚度是经过精心计算设计的。
浅谈航天飞行器的热防护
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2018年第13期·87·文章编号：2095－6835（2018）13－0087－02浅谈航天飞行器的热防护刘洋，刘瑞勋，郭锐，樊宇，刘庆龙（天津航天长征火箭制造有限公司，天津300462）摘要：在人类航天史上，无论是离开地球还是从空间中返回地球，人们都无法绕开如何突破覆盖在地球表面的大气层。
大推力、大运载火箭的研发不仅对于火箭的动力系统要求越来越高，对于火箭材料的耐高温性能及热防护性能的需求也更加迫切。
对航天飞行器在工程应用中的热防护材料种类和常用的材料优缺点进行了详细的介绍。
关键词：航天飞行器；热防护；防热材料；聚酰亚胺中图分类号：V445.1文献标识码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2018.13.0871航天飞行器在结构、弹道上的热防护航天飞船之类的飞行器，在再入大气层时，一般采用的是弹道式再入加降落伞的方法。
按照我们的固有理念来说，尖锐的头部结构造型可以减少气动摩擦，从而避免表面升温。
但实际情况远非如此，再入过程中的高速度使得升温过程太快，尖锐头部对减小气动加热的作用微乎其微。
1951年美国物理学家亨利·艾伦发现，高速航天器对前方的空气形成强烈的压缩，在前方形成一个伞状的空气锥。
前端静态空气加热的是空气锥，而不是航天器本身，因此他提出航天器的头部应该是钝形的，详见图1.圆钝形头部前方的空气温度可超过5000℃，而航天器表面温度在1200℃左右，说明了钝形气动布局的有效性，也就形成了目前我们常用的结构，我们也叫它“防热大底”或者“热盾”。
在弹道设计上，最典型的防热例子就是航天飞机再入大气层。
航天飞机在返回时要严格按照一条精细计算过的弹道返回，这样不仅仅是确保降落时的准确性，更重要的是，这条弹道要具有瞬时气动加热和累计气动加热之间最小化的条件，最大限度地降低热效应。
为返回舱“科学减肥”8.7公斤——中国运载火箭技术研究院703所承担返回舱防热材料及结构研制任务纪实
飞 船 的 防热衣 与 其他 防 热材 料不 同 ，不 仅 心 、 国 防工 业骨 干 科研 单 位 ，引领 着我 国航天
材 料 技 术 的 前 进 方 向 ，研 究 所 涉 及 专 业 ６ 余 个 ，拥 有 发 明 专 ０ 利 １ ０ 项 ，共 获得 国家发 明奖 ３余
３ｊ， 国 家 科 技 进 步 奖 ２ 余 项 ， ： ｒ ｆ ０
隔热材 料技 术给返 回舱穿上一 层２ 毫米厚的 “ ５ 防 周 期 。
热衣” ，防热材料在 巨大 热流的作用下 ，自身分
值得一 提的是我 国的神 舟飞船直 径２ ５ ， ．米
１７ 解 、熔化 、蒸发 、升华 ，在消耗表面质量 的同时 表面 积２ ． 平 方米 ， 目前 使用 的防 热结构 总 重 ０千 ．米 带走大量的热 ，材料分解形 成密实外壳 向外 辐射 量约６ ０ 克 ；俄罗斯 的联盟 号直径是２ ３ ，表 热量 ，并且 内部未 烧蚀的隔热 区域 ，起到 阻止热 面积是 １ 平方米 ，防 热衣 的重量却 高达７ ０ ７ ０ 多千 量进入返 回舱 的作用 。以上 因素共 同决定 了烧蚀 克 。单从这 个指 标来看 ，中国飞 船的防热技术处 防热材料具有 良好 的热防护功能 ，可使 飞船 内部 于 世 界 领 先 地 位 。 温度控制在３ 摄 氏度左右 。 ０ ７ ３ 作 为 中 国航 天材 料 工 艺技 术研 究 中 ０所
法 ：一是 吸热式防热 ，在返 回舱 的某些部位 ，采 要 求具 备高强 的防隔 热性能 ，而且要求密度低 ， 用导热性能好 、熔点高和 热容量大的金属吸 热材 质量轻 。７ ３ 的科 研人 员根据返 回舱 的设计 需 ０所
料 来 吸 收 大 量 的 气 动 热 量 ；二 是 辐 射 式 防 热 ，用 求 ，依 托ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ大 的航天材料 工艺的技术优势 ，开发
《生活和技术中的物态变化》物态及其变化PPT教学课件
点是:电冰箱的制冷物质在温度
(选填“低”或“高”)的蒸发器里吸热汽化,使冰箱内温度降低,而
热管是利用在热端
汽化到冷端放热液化来实现运送热量的。
提示:在高压锅的安全阀出现故障时,易熔片可以“替代”安全阀起到保险作 用。易熔片是利用熔点较低的合金材料制成的,当温度达到其熔点再吸热就会 熔化,锅内气体喷出,减小压强防止危险发生。电冰箱是利用制冷物质汽化时 能大量吸热来工作的,热管是利用液体不断地进行汽化、液化,把热量从热端 “运送”到冷端减小卫星阳面与阴面间的温度差的。 参考答案:较低 蒸发 液化 低 吸热
的温度的。
参考答案:液化 吸热式防热 辐射式防热 烧蚀防热
一、自然界的水循环
1.形成物
(1)云:是水蒸气_____成的小水滴或_____成的小冰晶集中悬浮
在高空形成的。
液化
凝华
(2)雨:水蒸气_____成的小水滴或凝华成的小冰晶_____成小水
滴落到地面形成雨。
(3)雪和霜:是水蒸气_____而形成的。
【精讲精析】本题考查对水的认识及物态变化问题。污水在阳光下先蒸发(汽 化)变成水蒸气上升,遇到塑料膜后液化变成水,滴到收集杯里收集起来。 答案:蒸发(汽化) 液化
【方法归纳】物态变化及吸放热情况 (1)吸热:熔化、汽化、升华。列符号分别代表大雨、冰雹、霜冻和雾等四种现象,其中 主要通过凝华形成的是( )
探究 生活和技术中的物态变化 1.结合水循环的过程,分析自然界的云、雨、雪、雾、霜形成时所涉及的物态 变化
现象
所涉及的物态变化
云
水→(__汽_化__)→水蒸气→(_液_化__或_凝_华_____)
→小水滴或小冰晶
雨 雪 雾(露) 霜
小水滴或小冰晶→(_熔_化___)→水滴 水蒸气→(__凝_华__)→小冰晶 水蒸气→(__液_化__)→小水滴 水蒸气→(__凝_华__)→小冰晶
飞船返回舱的防热衣乐乐课堂
飞船返回舱的防热衣乐乐课堂
在从太空返回过程当中，虽然返回舱与大气层剧烈摩擦形成一个大火球的样子，但是里面的航天员却不会因此而受到高温炙烤，返回舱究竟是如何经受住两千多摄氏度的高温考验的呢？这就要靠它表面的一种高温隔热材料。
隔热材料分为多孔材料、热反射材料和真空材料三类。
前者利用材料本身所含的孔隙隔热，因为空隙内的空气或惰性气体的导热系数很低，如泡沫材料、纤维材料等；热反射材料具有很高的反射系数，能将热量反射出去，如金、银、镍、铝箔或镀金属的聚酯、聚酰亚胺薄膜等。
真空绝热材料是利用材料的内部真空达到阻隔对流来隔热。
航空航天工业对所用隔热材料的重量和体积要求较为苛刻，往往还要求它兼有隔音、减振、防腐蚀等性能。
各种飞行器对隔热材料的需要不尽相同。
飞机座舱和驾驶舱内常用泡沫塑料、超细玻璃棉、高硅氧棉、真空隔热板来隔热。
返回式航天器所使用的隔热材料需要在高温下保持原有强度与刚度；受较大热应力不变形；耐热疲劳特性优秀；此外其密度必须非常小且易加工。
对于受热均匀或受热面积小的返回式航天器，可仅适用一种高温隔热材料；但对于受热不均或受热面积大的返回式航天器（如航天飞机），应根据隔热要求的不同，合理布置各材料位置。
航天器根据任务的不同，对材料的要求也是不同的。
但就返回式航天器的热防护性能或隔热性能而言，材料的使用相差无几。
如上述
内容所言，辐射防热结构曾经是而且将继续是先进的返回式航天器防热的主要结构形式。
军事航空航天用纺织品—航空航天用
⑥ 背包装置:又称便携式生命保障系统，主要由氧源（气瓶）和供气 调压组件、水升华器和水冷却循环装置、空气净化组件、通信设备 、应急供氧分系统、控制组件和电源、报警分系统、遥测分系统等 组成。
宇航服材料
宇航服：航天过程中保护宇航员生命安全的个人防护救生 装备，又称宇宙服或航天服。宇航服能构成适于宇航员生活的 人体小气候。它在结构上分为以下6层：
总
航天服是太空行走的最关键因素，它不仅是一 件衣服，实际上是一艘小型太空船，时刻保护着
结
太空探索者。从1965年美国人首次成功太空舱外 活动，登陆月球，直至今天，美国宇航局宇航服
所用材料历经变化，随着复合材料的进一步发展，
宇航服必然也将发生翻天覆地的变化。
阿波罗太空头盔由高强度的聚碳酸酯 制成，通过压力密封项圈和宇航服连 接。水星和双子星头盔紧紧套在宇航 员头上，跟着头部转动，而阿波罗头 盔固定在衣服上，宇航员的头在里面 可以自如转动。当在月球表面行走时 ，宇航员在头盔外加盖面盔，以阻隔 伤害眼睛的紫外线， 让头部和面部保持舒适的温度。
这种航天服在关节周围制成伸缩自如的褶皱，大大提 高了运动性能。但是，必须穿着特殊的“内衣”。吸走 航天员身上散发的热量，并排到宇宙空间。
——美国宇航局宇航服为例
水星计划
—（1958-1963）
水星计划宇航服是美国海军高 海拔喷气飞机压力服的改进版。 它的内层是涂有氯丁橡胶的尼 龙，外层是镀铝尼龙。手肘、 膝盖等关节部位缝入纤维切割 线，增加灵活性。即使如此， 在加压的服装内，飞行员仍然 感觉难以弯曲手臂和腿。因为 当手肘和膝盖关节弯曲，衣服 形成褶皱，减少内部体积，压 力随之增加。
生活和技术中的物态变化
凝华
雨
雨
小水滴(云)
小冰晶(云)
变大下落
水 (雨 )
熔化
（高于00C）
水 (雨 )
雪
冰雹
雪
冰雹
小冰晶(云) 小冰晶(云)
变大下落
（低于00C）
冰晶 (雪) 小冰块 (冰雹)
（没有完全熔化）
凝聚
变大下落
雾，是水蒸气在空气 中遇冷液化成为小水 珠，这些小水珠悬浮 在空气中，在地面附 近称为雾，是水蒸气 液化现象。
问题：整流罩的外表面上涂有一层什么样的 特殊物质？ 容易熔化或汽化的物质。
【例1】
我国“神舟”五号返回舱的表面 有一层叫做“烧蚀层”的物质，它可以在 返回大气层时保护返回舱不因高温而烧 毁.“烧蚀层”能起这种作用，除了隔热性 能外还由于（ ） A.它的硬度大，不易烧坏 B.它的表面非常光滑，能减少与空气的摩 擦 C.它在熔化和汽化时要吸收大量的热 D.它能把热辐射到宇宙空间
Ｃ
四、练习 ▲指出下列现象属于那一种物态变化
△解析“白气”现象 液化
△樟脑体积变小 升华
△狗伸缩舌头调节体温 蒸发 △制蒸馏水 先气化后液化 △结了冰的衣服变干了 升华 △分离气体 先液化后气化 △冰箱、冰柜制冷 蒸发 △汗液使人体降温 蒸发 △洒水使环境降温 蒸发 △冰箱内结霜
凝华
△分离液体 先气化后液化 △干冰人工降雨
液化 水蒸气
(雾 ) 小水滴 地面附近
雾
露是在天气较热 的时候，空气中 的水蒸气于清晨 前遇到温度较低 的树叶等，液化 成小水珠附着在 它们的表面. 这是 一种液化现象.
露
液化 小水滴 (露) 水蒸气 花草上
霜
霜是在地表面的水蒸气遇 到摄氏零度以下的温度， 直接凝华为固体。
《五、生活和技术中的物态变化》
C.它在熔化和汽化时要吸收大量的热 D.它能把热辐射到宇宙空间
作业
既然水是循环的，为什么我们还 要节约用水？
• 【例1】 我国“神舟”五号返回舱的表面 有一层叫做“烧蚀层”的物质，它可以在 返回大气层时保护返回舱不因高温而烧 毁.“烧蚀层”能起这种作用，除了隔热性
6 . 在寒冷的冬天，用手去摸室外的金属，有 时会发生粘手的现象，好象金属上面有一层 胶似的，而在同样的环境下，用手去摸木头 却不会发生粘手的现象，这是为什么？
答：因为金属导热能力较强，当手接触到金 属时，手上的水迅速放热而发生凝固现象。 由于木头的导热能力较弱，所以没有这种现 象发生，所以不会觉得粘手。
沸点 12501120 ℃
加盖 点火 状态数据 出现故障 重新开始
二、高压锅
1、高压锅由几部分构成？
锅身、锅盖、安全阀、放气孔、易熔片
2、高压锅的工作原理？
锅内气压升高，沸点随着上升。
3、高压锅中的易熔片起什么作用？
当安全阀出现故障时，易熔片熔化，排气 减压。
三、电冰箱
1. 电冰箱内的致冷系统主 要由哪些部分组成？
3. 干湿泡温度计是用两个相同的温度计并列制 成，在使用时，其中的一个温度计下端的玻璃 泡包着湿布，因为水在蒸发时要___吸__热_____， 所以这支温度计的示数要比另一支的示数 ____低______，两个温度计的示数差值越大，表 明空气中的水蒸气含量___越__低_____。 4. 在寒冷的北方，池塘水面上的空气温度为， 在下列几种情况下恰好为0℃的是（ A ）。 A. 冰层下表面 B. 除了冰层上表面以外的冰 C.冰层上表面 D. 冰层下面所有的水
2.冰山上的积雪有的___升__华_____直接变成水蒸气 升上天空；有的___熔__化_____变成水，汇入江河； 江河湖海、土壤、植物中的水通过___蒸__发_____变 成水蒸气，升入天空，水蒸气随气流运动到各处，
北师版初中物理八年级上册精品教学课件 第一章 物态及其变化 五、生活和技术中的物态变化
二、高压锅 1.高压锅工作时,锅内水的沸点随着水面上方气体压强的增大而
升高 。 2.高压锅的易熔片是用熔点较 低 的合金材料制成的,是为了防止
安全阀 出现故障而起保险作用的。
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不能。若用了较重的安全阀,有可能带来危险; 若用了较轻的安全阀,可能因压力太小、沸点太低 而效果不好。
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3.深冬时节,南方的气温不是很低,但北方却是滴水成冰。对于滴水成冰这 一过程,有关物态变化和吸、放热情况,下列说法正确的是( A )。 A.物态变化是凝固,放出热量 B.物态变化是汽化,吸收热量 C.物态变化是熔化,吸收热量 D.物态变化是液化,放出热量 解析:滴水成冰,物态变化前为液态的水,变化后为固态的冰,根据物态变化 的定义判定其发生的物态变化是凝固,此过程放热,故选A。
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解析:陆地海洋的水不断蒸发,空气中大量的水蒸气遇冷液化成极小的水珠 或凝华成极小的冰晶,大量的小水珠和小冰晶悬浮在高空形成了云,云的形 成是水循环的一个环节,因为它导致了降水。A、B都不全面,C错。
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2.对下列热现象,解释正确的是( C )。 A.冰的形成是凝华现象 B.雾的形成是汽化现象 C.露的形成是液化现象 D.霜的形成是凝固现象 解析:冰是由水凝固形成的,故A错误;雾和露都是空气中的水蒸气遇冷液化 形成的,故B错误,C正确;霜是空气中的水蒸气凝华形成的,故D错误。
辐射式 防热;三是
烧蚀 防热,利用材料 熔化 、 汽化 、 升华 或分解带走大量
的热。
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轻松尝试应用
知识点一:自然界中的水循环 1.关于云的说法正确的是( D )。 A.云是由大量的小水珠形成的 B.云是由大量的小冰晶形成的 C.云是由别处飘来的,与液化和凝华无关 D.云的形成是水循环的一个环节
北师大版物理初二上册生活技术中的物态变化学案
北师大版物理初二上册1学习目标：1、会说明自然界一些水的循环现象，及其物态变化；2、了解高压锅的工作原理；3、了解电冰箱的工作过程；4、了解航天技术中的物态变化。
学习重点难点进一步认识熔化、凝固、汽化、液化、升华、凝华概念及其相互间的联系。
用水的三态变化说明自然界一些水的循环现象预习案一、自然界中的水循环1、云的形成：大海、江河、土壤和植物中的水成水蒸气，水蒸气升到高空遇到冷空气，一部分成小水滴，一部分成小冰晶。
小水滴和小冰晶在高空中足够多时，就形成了云。
2、雨的形成：云中的小水滴和小冰晶随气流急速上下运动，它们相遇后越聚越大，达到一定程度空气托不住时就下落。
下落时冰晶吸热成水滴，与原先的水滴一起落到地面，这确实是雨。
3、雪的形成：当气温降到0℃以下时，高空中的水蒸气在空中成固态，为六角形的冰晶（或叫雪花），在飘降时相互结合形成雪片或雪团。
4、冰雹的形成：当夏季高空中有冷空气团存在时，空中的小冰晶凝聚成小冰块。
有些小冰块体积较大，下落过程中不能完全成水，落到地面确实是冰雹。
5、雾的形成：当地面邻近的气温降低时，假如空气中有较多的水蒸气，水蒸气遇冷就会成专门小的小水滴，大量的小水滴充满在空中确实是我们看到的雾。
6、露水的形成:初秋季节，夜间温度下降，假如空气中有较多的水蒸气，水蒸气遇冷就会成小水滴，大量的小水滴附着在植物的表面确实是我们看到的露水。
7、霜的形成：深秋或初冬季节，晚上气温会降到0℃以下，这时空气中的水蒸气在地面或植物的表面上放热成小冰晶，这确实是霜。
落回地面的雨、雪、冰雹、露水和霜吸热后或或成水蒸气，这些水蒸气再升到高空，水在自然界就完成了一个循环。
二、高压锅1、工作过程：高压锅刚开始煮食物时，锅盖与锅身、放气孔处、易容片处差不多上密闭的（即不漏气）。
随着时刻的延长，锅内食物上方气体的气压越来越大，导致水的沸点。
当水的沸点超过110℃时，锅内气体的压力足够大，能够将锅盖上方的安全阀顶起来，如此锅内气体将顺着放气孔跑到锅外，现在锅内气体的压力逐步减小，当不足以顶起安全阀时，安全阀又自动落下来将放气孔密封，锅内气体的气压又逐步升高，水的沸点也跟着升高。
使神号航天飞机的防热系统
使神号航天飞机的防热系统
韩鸿硕
【期刊名称】《中国航天》
【年(卷),期】1987()6
【摘要】法国使神号航天飞机的防热系统借鉴了美国航天飞机的经验,但又有自己的特点。
本文概括介绍了使神号的气动加热与防热系统的优化设计,以及防热方案与防热材料选择的近况,并评价了各类防热方案,特别指明了陶瓷复合材料盖板+多层反射层防热系统和陶瓷复合材料热结构的优点,最后给出了使神号上可能采用的防热系统分布图。
【总页数】6页(P)
【关键词】使神号航天飞机;防热系统;防热材料;热结构;空气动力加热
【作者】韩鸿硕
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】V47
【相关文献】
1.使神号航天飞机的飞行控制系统 [J], 林来兴
2.使神号防热系统 [J], Delon,JP;陶仕军
3.使神号防热系统内部多层隔热材料 [J], Muehl.,A;黄品秋
4.使神号航天飞机防热试验大纲 [J], Cret.,JC;孙国庆
5.使神号航天飞机的飞行控制系统 [J], 林来兴
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航空航天中的“防热衣”
包括石棉或玻璃等与一种叫酚醛的物质组
成的无机复合材料。这种方法就是目前包 括神舟飞船在内的众多飞船所普遍采用的 方法。不过早期的卫星、飞船大多数沿用 导弹弹头的防热技术，防热材料密度过大、 结构过于笨重，因而，长期以来， 防热材料的密度和重量成为影响防热 结构效果的瓶颈。
神舟系列
神州飞船返回舱全部采用我国自主研制的高科技材料制成， 它的最大直径2．517米，高2．5米，在飞船全密封结构 的舱壁上有一层隔热层,把舱内外温度完全隔断.舱壁最外 面一层,是一种生活中极少用到的由聚四氟乙烯和玻璃纤 维布组合起来的防护层,紧接着就是隔热层,然后才是金属 壳体.返回舱的隔热层是一种高科技的烧蚀材料，它不仅 担负着飞行中的隔热任务,重要的是返回舱在返回时与大 气剧烈摩擦，表面会产生上千度的高温，通过烧蚀材料的 燃烧才能把这些热量带走，在烧蚀层的每一个蜂窝里都有 5到6厘米的棉状填充物,这些可以经受4000度的高温。 也 在发展隐身飞机过程中起着重要的作用。
航空航天中的“放热衣”
1平时人们见到的耐高温材料
2“哥伦比亚”号引起的沉思
第一架航天飞机升空
１９８１年４月１２日当地时间上午７点 （北京时间２０点），美国航天飞机“哥伦 比亚”号在佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪 航天中心发射上天。发射时，只见“哥伦比 亚”号尾部发出一道熊熊的火焰，冒出灰白 色的烟云，接着，它凌空而起。长长的白烟 一直向天空伸展。两分多钟后，固体燃料助 推火箭脱离航天飞机，向离发射地点２５０ 公里的海洋溅落。试飞正常。
3 我国的航天事业（耐高温材料）
我国有航天飞机吗？ 全世界有美国有。 亚特兰蒂斯号，哥伦比亚号 （爆炸），挑战者号（爆炸），奋进号、发现号、 企业号（地面实验）俄罗斯的，暴风雪号这名字 不是因国家来区别的，而是宇宙飞船和航天飞机 是不同类型的航天器，都需要利用火箭发射上去， 本质区别是飞船是一次性使用，而航天飞机可以 反复使用
北师大版八年级上册1-5 生活和技术中的物态变化
一、自然界的水循环
1.形成物
液化 成的小水滴或_____ 凝华 成的小冰晶集中悬浮 (1)云:是水蒸气_____
在高空形成的。 液化 成的小水滴或凝华成的小冰晶_____ 熔化 成小水 (2)雨:水蒸气_____
升高 。 的沸点_____
三、电冰箱
1.制冷系统(如图)
蒸发器
冷凝器
液化 和_____, 汽化 且_____ 汽化 时能大量吸热。 2.制冷物质:易_____
考点
物态变化在生活中的应用
【典例】在没有食物的情况下,人可以活30天;若是没有水,时
限便缩短为3～4天,因此水是人类生命的基本要素;如图所示是
2.缺水已是一个世界性问题,因此我们要珍惜每一滴水。一些
严重缺水的国家,露水也是重要的水资源,露水的形成属于物态 变化中的 A.熔化 ( ) C.液化 D.升华
B.汽化
【解析】选C。本题考查与水有关的物态变化现象。露水是由 于空气中的水蒸气遇冷液化而形成的小水滴,C选项正确。
3.制糖工业中,一般用沸腾的方法去除糖汁中的水分。但在加
答案:蒸发 吸收
7.根据我国气候,每年9月7日左右有一个节气叫“白露”,10月
23日左右有一个节气叫“霜降”。意思是我国黄河一带从当天 开始空气中水蒸气会分别形成露和霜。 (1)请指出形成露、霜的物态变化名称。 (2)水蒸气在什么条件下变成露,在什么条件下又会变成霜呢? 请你做出猜想并设计实验验证。
(2)放热:凝固、液化、凝华。
1.下列符号分别代表大雨、冰雹、霜冻和雾等四种现象,其中
主要通过凝华形成的是(
)
【解析】选C。本题考查自然界中的水循环。霜冻是由空气中 的水蒸气遇冷直接凝华成的固体,是凝华现象。雨、雾是液态 的,是由空气中的水蒸气遇冷液化形成的。冰雹是雨在下落的 过程中遇冷变成的固体,是凝固现象。故选C。
生活和技术中的物态变化
六
种
物
液态
态
变
固态
化
指出下列现象属于那种物态变化
1.人呼出“白气”
2.樟脑球体积变小
3.水管“出汗”现象 4.狗伸缩舌头调节体温
5.汗液使人体降温 6.结了冰的衣服变干了
7.铁水浇铸成零件 8.干冰制造舞台烟雾 9.干冰使运输中的食品降温保持新鲜程度。 10.灯泡的钨丝细了，玻璃内壁变黑了。
第五节 生活和技术中的物态变化
一、自然界中的水循环
云、雨、雪、雾、露、霜是十分常见 的自然现象，它们都是地球上的水发生 物态变化形成的。
云
水蒸气
(高空)
凝华 液化
小冰晶 (云)
小水滴
雨
雨
变大下落
小水滴(云)
小冰晶(云) 熔化 （高于00C）
水 (雨) 水 (雨)
雪
冰雹
雪
冰雹
小冰晶(云)
变大下落 （低于00C）
冰晶(雪)
小冰晶(云) 凝聚 小冰块 (冰雹)
四、航天技术中的物态变化
1.运载火箭的燃料与助燃剂
2.飞船返回的“防热衣”
降温主要通过三种方法：
一是吸热式防热：在返回舱的某 些部位，采用导热性能好、熔点 高和热容量大的金属吸热材料通 过熔化来吸收大量的气动热量；
二是辐射式防热：用具有辐射性 能的钛合金及陶瓷等复合材料， 将热量辐射散发出去；
三是烧蚀防热：利用高分子材料 在高温加热时表面部分材料熔化、 蒸发、升华或分解汽化带走大量 热量的方法散热。
❖ C.它在熔化和汽化时要吸收大量的热
❖ D.它能把热辐射到宇宙空间
变大下落
（没有完全熔化）
雾 水蒸气液 地面化附近小水滴 (雾)
航空航天中的“防热衣”
7FRSI (表面绝热毯) Felt reusable surface insulation：白色Nomex绝热毯，一种用于防 火隔热的芳香族聚酰氨纤维，覆盖于航天飞 机酬载舱门及部分航天飞机受热低于371 °C 之位置。
此外，先进战术战斗机(ATF),轻型直升机(LH), 此外，先进战术战斗机(ATF),轻型直升机(LH), 欧洲战斗机(EFA),高速民用运输机以及高性能发 欧洲战斗机(EFA),高速民用运输机以及高性能发 动机全都要依赖于能在高温、高压下工作的先进 材料的发展。因此，耐高温材料的研究路还很漫 长。。。。。。
ห้องสมุดไป่ตู้
另一种防热瓦采用碳碳复合材料。它主要 用在机身的鼻锥、机翼前缘。该防热瓦总 重约1698千克，使用的表面积约38平方米， 使用处表面最高温度约1650℃，表面呈黑 色。 第三种防热瓦采用低温可重复使用表 面隔热材料。它俗称低温防热瓦，用在温 面隔热材料。 度371℃～648℃的表面，如机身中、前段 和机身的上表面(由于这些位置处在背风面， 所以表面温度不高)。此种防热瓦共用了 7000块，每块尺寸为203毫米×203毫米， 厚度随该处热流水平而变化，覆盖面积达 255平方米，总重1014 千克，经涂层处理 表面呈白色。
任重而道远
航天飞机以其独有的重复使用性、多用途性、 经济性和良好的环境条件，为人类的航天活动 开辟了新的途径，但这是以解决了大量复杂的 技术问题为代价换来的。例如，就防热设计而 言，一般返回式航天器(如返回式卫星)只使用 一次，再入防热问题较易解决，而航天飞机外 形复杂，又要重复使用，因此它在返回地面时， 对周围空气的压缩和摩擦产生的高温高热的防 护和处理问题很复杂，要求有适合大面积复杂 要求有适合大面积复杂 构形的耐高温、抗冲刷、重量轻、能多次使用 的高级防热材料，维修也应方便。 的高级防热材料，
气凝胶――高超声速飞行器未来的“防火服”
气凝胶――高超声速飞行器未来的“防火服”高超声速飞行器[1-3] 具有高超声速巡航、快速机动反应、可靠性高和低维护成本等特点，是各军事强国在21 世纪竞相发展的重要战略武器装备。
当执行任务时，它将在临近空间以极高的速度飞行和再入，势必与周围空气发生剧烈摩擦而产生相当多的热量，其表面温度将高达上千摄氏度。
为保证飞行器主体结构及内部仪器设备的安全，必须想方设法对其进行“保冷”或“降温”。
其中，最重要的手段就是采用低热导率的材料阻止外部热量向其内部传递，并且热导率越低效果越好。
这种低热导率的材料被称为“隔热材料”或“保温材料”。
顾名思义，这种材料的作用就是阻滞热流传递，与绝缘材料阻滞电流类似。
玻璃纤维、岩棉、石棉、聚氨酯泡沫等是工业上较为常用的隔热材料，冬季用于防寒保暖的羽绒服内部充填的羽绒是我们日常生活中最为常见的隔热材料。
目前，热导率最低的材料当属超级隔热材料。
超级隔热材料是指热导率在同温度下低于静止空气的一类隔热材料，主要有两种，一种是真空超级隔热材料[4-6] ，另一种是纳米孔超级隔热材料[7-9] 。
真空超级隔热材料主要依靠其内部较低的真空度来实现低热导率，其隔热原理类似于我们日常生活中常用的“保温杯”，只不过其真空腔不是由不锈钢等金属制造的，而是由有机膜构成的，因此不能够耐受高温，比较适合在较低的温度环境下使用；纳米孔超级隔热材料则主要依靠自身纳米大小的孔隙结构来实现低热导率，因此可以在高温环境下使用，更加适用于高超声速飞行器。
其中，气凝胶[10-12] 就是一种典型的纳米孔超级隔热材料。
1 气凝胶的结构与隔热性能气凝胶是一种以纳米粒子或高聚物分子相互聚集形成的超低密度轻质多孔性固体材料，以纳米多孔网络结构为骨架，气体填充在多孔网络结构中，其孔隙直径介于1〜100nm 简单来说，气凝胶的结构类似于“海绵”，只不过孔洞的大小要比“海绵” 小上万倍，因此只凭肉眼是看不到孔洞的，只能借助电子显微镜放大几万倍才能进行观测。
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另一种防热瓦采用碳碳复合材料。它主要 用在机身的鼻锥、机翼前缘。该防热瓦总 重约1698千克，使用的表面积约38平方米， 使用处表面最高温度约1650℃，表面呈黑 色。
第三种防热瓦采用低温可重复使用表 面隔热材料。它俗称低温防热瓦，用在温 度371℃～648℃的表面，如机身中、前段 和机身的上表面(由于这些位置处在背风面， 所以表面温度不高)。此种防热瓦共用了 7000块，每块尺寸为203毫米×203毫米， 厚度随该处热流水平而变化，覆盖面积达 255平方米，总重1014 千克，经涂层处理 表面呈白色。
我国进行首次载人航天飞行取得圆 满成功。中华民族探索太空的千年 梦想实现了。喜讯传来，举国欢腾， 群情振奋。
飞船防热衣轻薄透
• 飞船返回舱在以7.5公里／秒的速度返回降落时，表面温
度会达到2000～3000℃，所以在返回阶段，飞船的防热
设计非常重要，因为如果此时防热出了问题，飞船必然烧
毁无疑。
•
它震惊了世界！！！
2月一日，哥伦比比亚号航天飞机在返回途中不幸发生机毁人亡的灾难性事故， 噩耗传来，举世震惊。
。事故发生后，哥伦比亚航天飞机防热瓦
表层 几处裂纹首先引起了专家和媒体的高度 关注
防热瓦
第一架航天飞机升空热瓦就相当于在墙上贴一层厚防厚的瓷砖 ，靠了这一保护层，航天飞机就能安然穿越大气层，耐受几千度的高温。
气动加热温度在航天飞机返航、着地前16分钟左右（距地面 约60公里）时变得最大，有时人们从电视画面上看到经大气 层返回的航天飞机似一团被火球包围的物体，就是这一缘故。
防热瓦的隔热原理
：约3厘米厚的防热瓦通常由两部分
构成：外层包覆的是不足1毫米的高辐射陶瓷材料，而内部是
导热系数非常低的耐高温陶瓷纤维。从俄美两国现有的航天 器再入防热材料看，大致有以下几种：一是采用难熔金属蒙 皮表面加涂高辐射涂层的辐射防热材料；另一种是较早期使 用的吸热式防热结构材料，表面靠一层热容大的耐高温合金 防热蒙皮来吸收气动热，再通过隔热材料来阻止热量传向飞 船内部。这种材料由于重量大和成本高，现已基本不再采用 了；第三种是烧蚀防热材料，多用于一次性使用的飞船的再 入防热，主要为纤维材料或多孔颗粒加上有机物组成的低导 热复合材料，其原理是通过有机物热化学分解和气化带走大 量热量和留下的多孔碳层起到了隔热、耐高温作用。美国航 天飞机由于需要多次往返使用，因此采用的是前面所说的表 面具有高辐射性能的防热瓦隔热技术，但据说，美国航天局 已在考虑把最外面的一层耐高温陶瓷层改为耐高温合金层， 以解决目前防热瓦过于脆弱的问题。
哥伦比亚号失事是因为在起飞时遭到外力
撞击，结果导致防热瓦上出现裂缝，使得超高
温气流乘虚而入，最终造成独有的重复使用性、多用途性、 经济性和良好的环境条件，为人类的航天活动 开辟了新的途径，但这是以解决了大量复杂的 技术问题为代价换来的。例如，就防热设计而 言，一般返回式航天器(如返回式卫星)只使用 一次，再入防热问题较易解决，而航天飞机外 形复杂，又要重复使用，因此它在返回地面时， 对周围空气的压缩和摩擦产生的高温高热的防 护和处理问题很复杂，要求有适合大面积复杂 构形的耐高温、抗冲刷、重量轻、能多次使用 的高级防热材料，维修也应方便。
四种不同类型的防热瓦。
一种采用高温可重复使用的表面隔热材料， 俗称高温防热瓦。它用在温度为648～ 1260℃的表面，如机身中、前段和机翼的 下表面。航天飞机再入时，以40o的攻角飞 行，所以机身和机翼的下表面为迎风面， 是鼻锥和机翼前缘以外的最高热流区。此 种防热瓦约使用了20000多块，每块尺寸为 152.4毫米×152.4毫米。其厚度随该处热 流水平而不同，范围为19.5～64毫米，覆 盖面积达480平方米，总重达4413千克。
从上一世纪60年代起，美国在发展载人航天器方面曾经 历了两个主要阶段，一是一次性应用的登月飞行用航天器， 而后是发展能多次往返使用的航天飞机。为了能反复使用， 需要攻克一系列技术难关，其中防热瓦就是再入大气层必须 解决的关键技术之一。通常航天飞机在返回大气层时，要经
受因与大气剧烈摩擦所产生的摄氏3000度左右的高温，这一
2001年11月，在第三届珠海航展上出现的神舟一号
最后一种防热瓦采用柔性可重复使用表面隔 热材料。该防热材料是一种硅橡胶浸渍的毡状 物，用在表面温度371oC以下的部位，如机身 上表面和机翼上表面的后段以及机身两侧。每 块防热瓦的尺寸远大于上述3种防热瓦，典型的 尺寸为900毫米×1200毫米。其厚度为4.8～16 毫米，覆盖面积达333平方米，总重约532千克。 由于它是一种柔性的毡状物，所以可用常温固 化硅橡胶粘贴在机身铝合金的结构上。
航空航天中的“放热衣”
1平时人们见到的耐高温材料
2“哥伦比亚”号引起的沉思
第一架航天飞机升空
１９８１年４月１２日当地时间上午７点 （北京时间２０点），美国航天飞机“哥伦 比亚”号在佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪 航天中心发射上天。发射时，只见“哥伦比 亚”号尾部发出一道熊熊的火焰，冒出灰白 色的烟云，接着，它凌空而起。长长的白烟 一直向天空伸展。两分多钟后，固体燃料助 推火箭脱离航天飞机，向离发射地点２５０ 公里的海洋溅落。试飞正常。
3 我国的航天事业（耐高温材料）
我国有航天飞机吗？
全世界有美国有。 亚特兰蒂斯号，哥伦比亚号 （爆炸），挑战者号（爆炸），奋进号、发现号、 企业号（地面实验）俄罗斯的，暴风雪号这名字 不是因国家来区别的，而是宇宙飞船和航天飞机 是不同类型的航天器，都需要利用火箭发射上去， 本质区别是飞船是一次性使用，而航天飞机可以 反复使用
上几种防热瓦实际上主要是一些疏松、轻质而 呈脆性的陶瓷材料，如高温防热瓦密度为 0.14～0.35克/立方厘米，由于其耐温高、隔热 好、质量轻，高温下不发生物理和化学性能的 破坏并可重复使用，因此作为航天飞机防热材
料有其独特的优点。但是，它们的这些性能却 给连接和承受力学载荷造成了很大的困难，留 下了许多隐患。