¿Por qué el Concorde se pintó de blanco y no de negro?

Es bien sabido que la razón declarada por la que el Concorde se pintó predominantemente de blanco fue para mitigar los problemas de calefacción .

Sin embargo, dado que la fuente de los problemas térmicos del Concorde no fue la exposición excesiva a la radiación solar, sino la conducción directa y la convección del calor de compresión, estoy confundido; en ese caso, ¿no debería haberse pintado el Concorde de negro (o casi negro), como el SR-71 , para irradiar mejor el calor?

Incluso la pintura blanca puede seguir siendo efectivamente "negra" en las longitudes de onda infrarrojas largas que comprenderán las longitudes de onda radiativas dominantes a las temperaturas que alcanzará el casco. No estoy seguro de si esto es cierto para la pintura de Concorde, pero muchos materiales "se ven" diferentes en el infrarrojo que en el visible. Una oblea de silicio, por ejemplo, nos parece opaca de color gris oscuro, pero con solo un paso de puntillas en el infrarrojo se parece más a una ventana transparente.
El SR-71 estaba sujeto a la Regla de Cool .

Respuestas (5)

Hay una discusión sobre esto aquí que vale la pena leer, pero en resumen, los requisitos eran simplemente diferentes. Algunos de los puntos clave,

  • El color negro del SR-71 ofrecía algo de camuflaje nocturno además de su disipación de calor.
  • El Concorde tenía un fuselaje de aluminio, mientras que el SR-71 tenía un fuselaje principalmente de titanio, lo que podría conducir a diferentes tipos de revestimiento.
  • El Concorde era un avión comercial, muchos de los cuales a menudo están pintados de blanco , aparte de los beneficios térmicos, es posible que simplemente se hayan mantenido con lo que solían hacer.
  • El SR-71 voló sustancialmente más rápido que el Concorde y tenía diferentes requisitos térmicos.
  • El punto más caliente del Concorde fue el morro de 127 °C , que en realidad se enfrió con el combustible bombeado como refrigerante. El punto más caliente del SR-71 fue la ventana de la cabina, que volvió a calentarse a 327°C , requisitos térmicos muy diferentes.
No hubiera esperado que la ventana de la cabina fuera la parte más caliente del SR-71. Excelentes referencias.
Las conductividades térmicas del aluminio y el titanio marcan una gran diferencia. Pure Titanium tiene 22 W/mK y Dural tiene 147 W/mK. Esto significa que la superficie del Concorde podría distribuir la carga térmica entre los puntos fríos y calientes mucho más fácilmente que la del SR-71.
@ke4ukz: Supongo que en parte se debe a que el dosel del SR-71 sobresale en la corriente de aire y hace que se acumule y comprima mucho más aire frente a él que las otras partes del SR-71. Además, no es, estrictamente hablando, la parte más caliente del SR-71: ese honor se lo llevan los motores, la parte más caliente etiquetada en ese diagrama que se cocina a 1050 F, y cuyas boquillas no están etiquetadas, pero, siguiendo el código de colores del diagrama, parece que podrían llegar a 1200 F o incluso más. :-PAG
@Dave, tu enlace a las temperaturas del SR-71 está roto. Lo reemplacé por uno que creo que es el mismo (muestra la misma temperatura en la ventana de la cabina)

La temperatura superficial promedio del Concorde fue de 92°C (365K). Calculando la radiación de cuerpo negro usando la ley de Stefan Boltzmann obtenemos 1006W/m². Este es el máximo flujo de calor posible con radiación perfecta, y muy similar al flujo de calor de la radiación solar, que también es de alrededor de 1kW/m² en la superficie de la tierra en ausencia de nubes (y un poco más alto en la altitud de crucero típica del Concorde).

Sin embargo, como han señalado otros, a estas temperaturas Concorde irradiaría en el infrarrojo lejano, y es perfectamente posible tener una pintura selectiva que parezca blanca en la región visible (reflejando gran parte del calor de la luz solar) mientras también irradia en la región infrarroja.

Sé un poco sobre superficies selectivamente emisivas y, por lo que sé, las efectivas son más recientes que el diseño de Concorde. Algunos materiales pueden obtener algún beneficio de manera bastante simple, pero convertirlos en una pintura no es trivial.

El Blackbird era negro para que pudiera absorber radiación, no para que pudiera emitir radiación. Mire el predecesor del Blackbird, el A-12, es bastante fácil encontrar imágenes del A-12 con acabado pulido o parcialmente pulido. El Blackbird y el A-12 se cambiaron a un acabado negro absorbente de radar por razones de observabilidad, volar en el borde del espacio significa un entorno más oscuro que en la parte inferior de la atmósfera, por lo que el requisito de camuflaje es diferente al de un avión de combate. Cualquier emisión térmica que ocurra lo hace bien fuera del espectro visible.

Llegar al punto en el que es beneficioso para la disipación térmica que el avión esté pintado de negro es llegar al punto en que el avión emite más energía en forma de radiación de la que absorbe en el espectro visible. En ese momento, el avión negro sería más brillante que un avión blanco.

El ejemplo A-12 que das es bueno, también el Pepsi Concorde navegó a una velocidad más lenta (M1.5-1.7 según la fuente) debido a la pintura más oscura.
@XRF, el color de la pintura tiene muy poco que ver con su radiación y, en extensión, con las características de sigilo. La pintura negra, como en la respuesta de Dave, tenía que ver casi exclusivamente con la emisión/absorción de calor. Y en términos de su punto de observabilidad, el SR-71 y sus variantes volaron sobre el espacio aéreo enemigo tan alto que incluso con una capa brillante de pintura, sería difícil y sin sentido intentar adquirirlo visualmente. Tenga en cuenta que incluso verlo en el radar (que los soviéticos fueron capaces de hacer con sus radares más nuevos) no significa que pueda probar su existencia NI derribarlo.
@Jihyun Edité para aumentar la claridad. Las emisiones térmicas a estas temperaturas (y de radar para ser justos) se producen fuera del espectro visible. El SR-71 evolucionó del A-12 más rápido con el objetivo de reducir la visibilidad (un A-12 fue alcanzado por un misil). La pintura era absorbente de radar y cubría todo el cuerpo por eso, las preocupaciones térmicas solo eran importantes en un número limitado de lugares. La observabilidad tampoco se limita a la adquisición, es más difícil obtener una buena imagen de un sujeto de bajo contraste. El U2 pasó de gris a un esquema de pintura similar casi al mismo tiempo por las mismas razones.
Sí, también he oído hablar de ese incidente cercano. Elegiste mi curiosidad. Descubrí que los vietnamitas tenían un hardware similar al de los soviéticos, pero en general eran mucho menos capaces de usarlo, por lo que (en paralelo con el informe oficial desclasificado) supondría que apenas podían detectar una firma suficiente para un candado. en cambio, extrapoló una pista y usó una técnica de escopeta con la esperanza de acertar, como hicieron los soviéticos con los sobrevuelos anteriores de U-2. Además, solo tenga en cuenta que el U-2 voló a más de 10,000 pies más bajo que el SR-71 y sus variantes.

Buena pregunta. Hay dos razones principales para la coloración específica del Concorde: Absorción de calor y emisión de calor. La clave de su combinación de colores está en los materiales utilizados en la construcción de cada avión.

El Concorde estaba hecho de aluminio, que emite calor mucho más rápida y eficazmente que la piel de titanio del SR-71. Contrariamente a la creencia popular, el avión se volverá dúctil y perderá integridad estructural a temperaturas mucho más bajas que el punto de fusión del metal, y evitar que el metal alcance estas temperaturas es una razón clave para los colores de pintura de cada avión.

El aluminio se vuelve dúctil e inaceptablemente débil a temperaturas más altas, pero rara vez las alcanzaría a la velocidad de crucero del Concorde, ya que el metal refleja/libera suficiente calor para que la lata de pintura pueda hacer un trabajo más proactivo para mantener la absorción de calor al mínimo. Si el titanio tuviera capacidades de disipación de calor igualmente buenas, estoy seguro de que también habría sido blanco.

Sin embargo, el titanio a velocidades cercanas al rango de crucero del Blackbird absorbería demasiado calor para liberarlo, por lo que la pintura negra en realidad sería superior en términos de disipación de calor para compensar las características naturales del titanio. Respuesta corta más corta, el aluminio en el Concorde no se calentó lo suficiente como para que el aluminio perdiera integridad, por lo que el blanco era la mejor opción en términos de evitar que el metal alcanzara esas temperaturas críticas.

Sin embargo, el SR-71 no podía liberar calor tan rápido como el aluminio, por lo que la pintura se diseñó para ayudarlo en ese sentido. Espero que esto ayude, lo siento por el formato, tengo prisa, así que si hubo algo conceptual que omití, por favor comente.

¿Qué quieres decir con "disipar el calor"? ¿conducción? ¿convección? ¿radiación?

Concorde era un vehículo comercial civil. Su misión no es volar al 100%, sino también embarcar y desembarcar pasajeros, esperar el permiso del ATC, etc. Esto significa que pasa un tiempo considerable, en tierra, con baja potencia, no calentado por el flujo de aire, sino calentado por el sol. . Para esta parte de la misión, la pintura blanca es muy superior.

El SR-71 era un avión militar y estaba optimizado para una sola cosa: el vuelo. Tomar el sol en el aeropuerto no fue un problema, de todos modos se mantuvo en un hangar el mayor tiempo posible.

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