Compósitos de Carbono Reforçado com Fibras de Carbono (CRFC) pertencem à classe de materiais termoestruturais e são utilizados em aplicações de demanda termomecânica extrema. A título de exemplo pode-se mencionar o uso desses materiais em sistemas de proteção térmica de componentes aeroespaciais. O processamento desses compósitos envolve rotas em fase líquida e fase gasosa. Em ambas as rotas o uso de ciclos de tratamento térmico resulta em mudanças na morfologia, microestrutura e propriedades termomecânicas, que podem ser monitoradas por resistividade elétrica. A resistividade elétrica é ferramenta bastante utilizada no monitoramento de processos industriais e controle de qualidade de materiais, mas pouco explorada para compósitos CRFC. Neste trabalho, o processamento dos compósitos CRFC foi monitorado por medidas de resistividade elétrica em corrente contínua, por amostragem, em diferentes níveis de temperatura de tratamento térmico (Processo Isotérmico), e em tempo real (Processo Dinâmico). As medidas foram realizadas a partir da temperatura ambiente até 1000oC, faixa crítica de mudança micro estrutural e morfológica durante o processamento do compósito CRFC. Fitas unidirecionais (UD) e bidirecionais (2D) de fibras de carbono, obtidos de fibras de poliacrilonitrila (PAN) e fibras de Rayon, foram utilizados como reforço na manufatura dos compósitos. Uma preforma tri-direcional (3D) também foi utilizada nos experimentos. A matriz precursora de carbono utilizada foi a resina fenólica. A resistividade elétrica de compósitos é função da direção de orientação de fibras de carbono. As medidas de resistividade elétrica foram efetuadas em temperatura ambiente, pelos métodos de duas pontas e de quatro pontas, para os materiais obtidos em processo isotérmico. Medidas dinâmicas foram também obtidas pelos métodos de duas pontas e de quatro pontas para efeito de controle de processo em tempo real. Nos compósitos (3D) (preforma) foram realizadas somente medidas dinâmicas, por ambos os métodos. Embora ocorra aumento no volume de poros, durante tratamento térmico dos compósitos, que impede a passagem de corrente elétrica no material, em ambas as medidas (isotérmicas e dinâmicas) a resistividade elétrica dos compósitos 2D e 3D reduz à medida que a temperatura atinge 1000 oC, como resultado da transformação do material isolante (resina fenólica) em matriz condutora (carbono vítreo). As diferenças nos valores de resistividade elétrica nos compósitos 2D e 3D refletem a dependência do tipo de fibras de carbono e fração em volume de fibras utilizadas na manufatura dos compósitos, bem como a temperatura de tratamento térmico.

Entre suas inúmeras aplicações, os elastômeros são utilizados no setor espacial como proteção-térmica de motor-foguete, protegendo-o das altas temperaturas e pressões resultantes da combustão do propelente. Para isto, o elastômero deve apresentar boas propriedades mecânicas, térmicas, ablativas e adesivas, a fim de suportar difíceis situações resultantes do transporte, estoque e voo. O elastômero de etileno-propileno-dieno-monômero, EPDM, caracteriza-se por sua alta resistência à oxidação e intempéries, baixa densidade, excelentes propriedades a baixas temperaturas e baixa energia de superfície e, assim, sua aplicação como revestimento interno de motor-foguete vem sendo estudada com o intuito de substituir as proteções-térmicas à base de borracha nitrílica, utilizada atualmente. Neste trabalho, é proposto o desenvolvimento de formulações à base de EPDM, com propriedades mecânicas, térmicas e físico-químicas para uso como proteção-térmica de motor-foguete. Os materiais propostos para estudo e que devem atender aos requisitos necessários, tem como características: ser à base de borrachas de EPDM; não conter plastificante; ser vulcanizado com peróxido e ter como cargas, sílica e a aramida Technora . Apesar de certa dificuldade para incorporação de cargas às formulações, a proposta do trabalho foi alcançada, de forma que foi desenvolvido um elastômero, extremamente carregado, com as características propostas, processável e com propriedades adequadas para uso como proteção-térmica à motor-foguete.

Os motores instalados nos foguetes desenvolvidos atualmente no Brasil utilizam o propelente sólido como o principal componente gerador de empuxo. Durante a fase de fabricação desses motores é utilizado um revestimento interno de material isolante térmico, a fim de proteger o invólucro do motor das altas temperaturas produzidas pelos gases gerados na combustão. A adesão entre o bloco de propelente sólido e o isolante térmico é realizada por uma fina camada aderente, denominada por "liner". Essa adesão deve assegurar que todo o conjunto se mantenha adequadamente unido durante as etapas de estocagem, transporte, montagem e lançamento. A utilização de motor com irregularidades de continuidade nessa adesão pode provocar a geração descontrolada de gases, sendo que essa situação tem potencial para causar a explosão do motor-foguete. No processo adotado pelo Instituto de Aeronáutica e Espaço, após a aplicação da aludida camada, um especialista realiza a tarefa de inspeção visual minuciosa em busca de áreas irregulares, na superfície da camada aderente, capazes de comprometer a adesão do propelente. Decorrente da natureza da mencionada tarefa, a adoção da visão computacional como recurso para auxiliar a inspeção de superfícies de camada aderente se mostrou favorável como contribuição para esse processo. Nesse contexto, este trabalho propõe a utilização de algoritmo baseado em visão computacional para auxiliar o especialista na detecção de áreas com superfícies irregulares. Estão previstos, basicamente, nesse algoritmo recursos para parametrização, tratamento de reflexos, e análises de intensidade de cor. A validação dos recursos do algoritmo foi obtida por meio de testes práticos executados em protótipo dedicado para esse fim. Os resultados positivos obtidos nos testes sugerem que o algoritmo, quando for integrado em arquitetura física afim, será capaz de auxiliar a tarefa de identificar áreas irregulares, na superfície da camada aderente, capazes de comprometer a adesão do propelente.

Orientador: Fernando de Azevedo Silva / Banca: João Zangrandi Filho / Banca: Silvana Aparecida Barbosa / Resumo: A utilização de imagens digitais para extrair informações de objetos tem sido uma solução amplamente empregada em pesquisas científicas e em processos industriais. A contínua redução nos preços de equipamentos, a facilidade do uso de softwares e a simples integração com recursos de informática tem feito que muitos processos migrem para esta solução mais ágil, confiável e econômica. A indústria aeroespacial, que possui uma cadeia de produção não contínua e exige a avaliação de todos os seus componentes para obtenção de um nível de confiança elevado, encontra no emprego do processamento digital de imagens uma solução versátil e eficaz para análise das características de cada componente. Neste trabalho é apresentado um programa, desenvolvido em LabVIEW™, para medição dos sprays cônicos de jatos de injetores de motor foguete utilizando um sistema de processamento digital de imagens para sua análise. São apresentadas também as metodologias até então utilizadas para efetuar este tipo de medida. Os sprays dos jatos são desenvolvidos na saída do injetor, são exibidos visualmente durante o teste hidráulico a frio e tem influência direta no desempenho do motor foguete. A utilização desta nova ferramenta permitiu a realização desta medida de forma automática, com o fornecimento da incerteza de medição em níveis de confiança pré-estabelecido e mostrou-se ser mais exata e precisa que as metodologias anteriores / Abstract: The usage of digital images to extract information from objects has been a solution widely used in scientific research and in industrial processes. The continued reduction in prices of equipment, the facility of software manipulation and the simple integration with computing resources has done many processes to migrate to this more flexible, reliable and economical solution. The aerospace industry, which has a chain of production that is not continuous and requires the evaluation of all its components to obtain a high confidence level, finds in the usage of digital image processing a versatile and effective solution for analysis of the characteristics of each component . This paper presents a program developed in LabVIEW™, to measure the rocket engine conic spray jet by using a digital image processing system for analysis. It is also presented the methodologies previously used to perform this type of measurement. The jet sprays are developed at the exit of the injector, are displayed visually during the cold hydraulic test and it has directly influences on the performance of the rocket engines. The usage of this new tool allowed us to make the measurement automatically with the supply of uncertainty together with a pre-established confidence level and it proved to be more accurate and precise than previous methodologies / Mestre

Este trabalho apresenta propostas de modelos computacionais para representar os principais esquemas de aterramento e equipamentos presentes na rede elétrica de serviço que é utilizada por foguetes de sondagem, com a meta de permitir a verificação operacional e viabilidade técnica no contexto da distribuição de energia elétrica. Nesses modelos são simuladas as condições de operação nominal e em falta, sendo que essa última é realizada em pontos estratégicos da rede elétrica com o propósito de determinar valores máximos de corrente alcançados pelo sistema nessas condições. Os valores de corrente obtidos nessas simulações são principalmente utilizados como referência na escolha do esquema de distribuição da energia elétrica mais adequada para ser utilizado pela rede embarcada em foguetes de sondagem e na determinação de características elétricas mínimas que os equipamentos de bordo devem possuir a fim de atenderem as condições nominais e suportar as possíveis faltas que podem acometer o sistema. Os resultados satisfatórios obtidos nas simulações dos modelos computacionais elaborados para representar os esquemas de aterramento e equipamentos pertencentes à rede elétrica de serviço que é utilizada por foguetes de sondagem, apresentados neste trabalho, indicam que os modelos são consistentes e adequados aos propósitos que se destinam. / This work presents the proposals for computational models to represent the main grounding schemes and equipment used in the service electrical network used by sounding rockets with the goal of enabling the operational verification and technical viability in the context of electrical power distribution. In these models are simulated the conditions of nominal operation and in fault, and the latter is carried out at strategic points in the electrical network with the purpose of determining maximum power achieved by the system under these conditions. The current values obtained in these simulations are mainly used as a guide in choosing the distribution of power best suited to be used by the service electrical network and the determination of electrical characteristics requirements that the equipment should possess in order to meet the nominal conditions and support the possible faults that can affect the system. The satisfactory results obtained in the simulations of the computer models designed to represent the grounding schemes and equipment belonging to the service electrical network used by sounding rockets, presented in this paper indicates that the models are consistent and appropriate to the purposes intended.

Orientador: Sidineia Barrozo / Banca: Eliris Cristina Rizziolli / Banca: Marisa Veiga Capela / Resumo: Neste trabalho, apresentamos um relato de experimento realizado junto aos alunos de ensino fundamental de uma escola pública municipal e efetuamos o ajuste de curva dos dados observados por meio do método dos mínimos quadrados. Para tanto, discutimos a concepção e aplicação desse método a partir de resultados oriundos do cálculo diferencial, da álgebra linear e alguns conceitos estatísticos. Do cálculo diferencial estudamos a minimização dos erros de aproximação por meio da investigação dos pontos de mínimo da função erro. Da álgebra linear determinamos os parâmetros da função ajustada através da discussão e solução de um sistema de equações lineares resultante do conjunto de derivadas parciais nulas que estabelecem o ponto crítico da função erro. Da estatística utilizamos alguns conceitos e formulações que tratam da intensidade da relação entre as variáveis, bem como, das incertezas na variável dependente e nos parâmetros da função ajustada / Abstract: In this work, we present a report of an experiment carried out with elementary school students of a municipal public school, and we performed the curve adjustment of the observed data through the least squares method. For this, we discuss the conception and application of this method from results derived from differential calculus, linear algebra and some statistical concepts. From the differential calculation, we study the minimization of approximation errors by investigating the minimum points of the error function. From linear algebra, we determine the parameters of the adjusted function through the discussion and solution of a system of linear equations resulting from the set of null partial derivatives that establish the critical point of the error function. From statistics, we use some concepts and formulations that deal with the intensity of the relationship between variables, as well as the uncertainties in the dependent variable and the parameters of the adjusted function / Mestre

A aplicação de materiais poliméricos na indústria aeroespacial tem destacada relevância, principalmente as borrachas altamente carregadas que podem ser usadas como proteções térmicas de câmaras propulsoras de mísseis e foguetes a propelente sólido. Entretanto, um desafio tecnológico para sua aplicação que ainda persiste, é a adesão satisfatória entre a borracha e os materiais poliméricos usados como adesivos (liner de poliuretano) ou propelentes sólidos (combustíveis de foguetes). A escolha da borracha vulcanizada a base de etileno-propileno-dieno monômero (EPDM) se deve à capacidade de incorporar elevada quantidade de cargas ablativas associadas a boas propriedades mecânicas e de processamento, além de queimar liberando produtos de natureza atóxica, o que viabiliza sua aplicação em sistemas bélicos e espaciais. Por outro lado, sua natureza apolar não permite obter bom nível de adesão entre ao liner ou ao propelente sólido, ambos a base de poliuretano (PU). A fim de resolver esse problema, o tratamento por plasma frio é considerado um processo muito atrativo para melhorar esta adesão, por ser um processo rápido de ativação da superfície, eficiente e ecologicamente sustentável. Neste trabalho, o processo de ativação da superfície do EPDM é realizado em um reator tipo RIE (reactive íon etching) operando a 13,56 MHz com gás de N2, Ar e misturas N2/Ar e N2/H2/Ar, em diferentes condições de pressão, potência de RF (rádio frequência), tempo de exposição, fluxo e composição da entrada de gás (proporção entre N2 e Ar e proporção entre N2, H2 e Ar). Para investigar a influência dos parâmetros na modificação da superfície da borracha, as amostras foram analisadas por técnicas de Goniometria, Microscopia de Força Atômica (AFM), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia Foto-eletrônica de Raios-x (XPS), Teste de Tração Normal, Análises Térmicas e Análise das Propriedades Mecânicas. Os resultados mostram que o processo assistido à plasma favorece a formação de novos grupos funcionais polares que aumentam a energia e diminuir a rugosidade da superfície, realçando as características adesivas da borracha. Conclui-se que o tratamento da borracha vulcanizada EPDM com plasma de N2/Ar e N2/H2/Ar tende a ser um processo promissor e alternativo no tratamento de superfícies para ampliação da adesividade deste material e substituição da borracha nitrílica vulcanizada (NBR) em consideradas aplicações. Esse efeito é produzido como resultado de múltiplas ações superficiais que o plasma produz (homogeneização e diminuição da rugosidade, ativação superficial e limpeza de superfície).

Sistemas gráficos têm mostrado participação em diversos segmentos da sociedade. No setor aeroespacial, eles têm se apresentado cada vez mais aplicáveis, constituindo importantes ferramentas para auxílio nas missões de lançamento de foguetes. A proposta deste trabalho é o desenvolvimento de um protótipo de ambiente para visualização dos dados de trajetória de veículos espaciais brasileiros, visando auxiliar o acompanhamento das operações de lançamento. Este protótipo de ambiente é responsável por apresentar graficamente, em três dimensões, a evolução do foguete durante o vôo, sua atitude em cada instante, além das curvas de trajetória e pontos de impacto correspondentes. Conceitos e técnicas de Computação Gráfica, como Modelagem 3D e Mapeamento de Texturas, embasam a construção dos modelos. Métodos e Técnicas da Modelagem e do Desenvolvimento Orientados a Objetos fundamentam a criação do protótipo. Eles favorecem o reuso e possíveis especializações do ambiente em lançamentos reais ou adaptações para situações particulares, como lançamento de outros tipos de foguetes, ou realização de testes com variações nos dados de trajetória nominal.

Um foguete é basicamente constituído de motores-foguete com a finalidade de fornecer energia por meio da combustão do propelente e impulsionar todo o conjunto, e de uma carga útil que pode ser desde um satélite de comunicações até experimentos biológicos. Internamente, o propelente é aderido ao metal ou isolante térmico por meio de um revestimento adesivo conhecido como liner. O liner é um adesivo ativado, especialmente desenvolvido para promover uma adesão adequada que garanta a integridade estrutural do grão propelente. Em sua composição, o liner possui um balanço específico de compostos que permitem a interdifusão de componentes entre as interfaces liner/propelente, de modo a promover uma ponte química entre o adesivo e o propelente. Para que o processo de interdifusão possa ocorrer é necessário que o liner não esteja completamente curado, pois um alto grau de cura interfere nesse processo, mas também não pode apresentar um grau de cura muito baixo, visto que a adição do propelente é feita na vertical e um baixo grau de cura ocasionará em um escoamento da camada adesiva. Um fator de grande importância nesse processo é o controle do tack, propriedade apresentada pelos adesivos de se aderirem ao substrato ou vice-versa imediatamente após serem postos em contato sobre uma leve pressão. O domínio desse fenômeno permite encontrar a faixa de adesão mais adequada na qual não o adesivo não escoe e que ainda seja quimicamente ativo. O tack pode ser mensurado em termos de força e energia por meio de ensaios de tração, e testes de adesão, permitindo encontrar a faixa adequada para efetuar a adição do propelente. Na presente tese de mestrado foram levantadas as curvas de tack e calculadas as energias. Testes de adesão mostraram que a faixa ideal de tack situa-se entre 120 e 180 minutos de cura do liner a 80 C, promovendo uma falha coesiva no propelente.

Com o desenvolvimento dos motores foguetes a propelentes sólidos, houve um consenso na comunidade propulsiva que as formulações de propelentes tipo compósito fossem imunes ao potencial elétrico gerado por carregamento eletrostático. A ocorrência de acidentes com motores foguetes a propelentes sólidos, durante fases de fabricação, manipulação e estocagem sem uma causa aparente levou a vários estudos por grupos independentes e a conclusões importantes para a segurança da formulação do propelente onde a hipótese de ignição acidental por descarga eletrostática foi a causa mais provável. Esta hipótese é atualmente um campo que está sendo desenvolvido e os estudos na área buscam como objetivo primordial minimizar os riscos de acidentes com motores de propelentes sólidos atribuídos ao fenômeno de descarga eletrostática. O propelente tipo compósito é heterogêneo, onde as partículas se dividem em partículas condutoras e não condutoras. Os diferentes tipos de "binder" influenciam diretamente nas características elétricas juntamente com as partículas condutoras. As partículas não condutoras têm efeito geométrico no espaçamento das partículas condutoras. De acordo com as características elétricas obtidas durante ensaios realizados, pode-se avaliar se a formulação é sensível à ignição acidental por descarga eletrostática. Devido aos métodos de fabricação (maceração circular por pás rotativas) e por não ser possível garantir exatamente o nível de carregamento, diâmetro médio e geometria (fator de forma) dos componentes sólidos, cada formulação necessita ser avaliada para saber qual o nível de sensibilidade à descarga eletrostática, e o risco de ocorrência de trincas ou ignição (sustentada ou não) no grão propelente sólido. O trabalho apresenta as principais metodologias que estão sendo pesquisadas e os resultados de ensaios elétricos e de descarga eletrostática realizados em amostras de estudo, visando tornar segura a formulação e conseqüentemente a fabricação, estocagem e manuseio de motores foguetes a propelente sólidos utilizados tanto em lançadores espaciais como em foguetes e mísseis balísticos.