O presente trabalho descreve uma metodologia para cálculo de câmara de combustão de motor foguete a propelente líquido baseado essencialmente na experiência russa. A câmara de combustão projetada é adequada para estágios superiores de foguete e seu desenvolvimento foi focado nas características do motor russo 8D719. Inicialmente é feito um estudo sobre o motor utilizado como referência no projeto e são efetuados os cálculos dos principais parâmetros do motor com 55kN de empuxo, pressurizado por turbobomba (ciclo aberto) e alimentado pelos propelentes etanol e oxigênio líquido, no qual a câmara de combustão projetada se insere. Basicamente, o projeto abrange o dimensionamento geométrico da câmara de combustão incluindo seu sistema de refrigeração regenerativa, a determinação do fluxo de calor ao longo de seu invólucro e a estimativa de sua capacidade de carga. Para dimensionamento da câmara adotou-se as mesmas dimensões da parte cilíndrica do motor 8D719, assim como o número de injetores e o posicionamento desses no cabeçote. Os fluxos de calor são determinados para câmara de parede dupla com canais internos e sua capacidade de carga é estimada levando em consideração apenas os esforços radiais. Os resultados obtidos no projeto estão coerentes com as literaturas utilizadas servindo de base para construção da câmara e validação do projeto.

A utilização de motores foguete de combustível líquido em lançadores espaciais oferece muitas vantagens sobre seus homólogos sólidos: maior impulso específico, a possibilidade de re-ignição em vôo e o controle da magnitude do vetor empuxo. No entanto, os motores foguete líquidos são tecnicamente mais complexos do que os foguetes a propelente sólido. Nas atividades espaciais brasileiras, apenas motores foguetes sólidos tem sido utilizados em foguetes de sondagem e também no Veículo Lançador de Satélites (VLS). No Programa Espacial Brasileiro, o Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), órgão responsável pelo desenvolvimento de foguetes, está desenvolvendo a tecnologia de motores foguete de propelente líquido para ser usada em lançadores de satélites no futuro. Tanques pressurizados ou turbobombas são utilizados para injetar o combustível e o oxidante na câmara de combustão, superando as perdas de pressão no resfriamento, válvulas, linhas de alimentação e injetores. Motores mais eficientes requerem maior pressão de câmara de combustão e só turbobombas podem fornecer pressões altas o suficiente para as linhas de alimentação. Estes sistemas operam em velocidades muito elevadas e sofrem intensas cargas dinâmicas. Portanto, o comportamento dinâmico do rotor deve ser avaliado ainda durante a fase de concepção. Esta dissertação encontra-se no âmbito dos esforços do IAE / ITA, a fim de desenvolver conhecimentos e recursos humanos na área de motores foguete de propelente líquido. Neste trabalho, uma unidade de turbobomba foi projetada para um motor de foguete de propelente líquido hipotético com 75kN de empuxo no vácuo. Também foi desenvolvido um programa de elementos finitos utilizando MATLAB considerando o eixo flexível com discos rígidos para analisar o comportamento dinâmico do rotor e dos mancais. Resultados clássicos de dinâmica de rotores, como diagrama de Campbell, modos de vibração e modos de giro foram calculados. Um valor de desbalanço típico para este tipo de sistema foi designado para o rotor e o efeito da distribuição de massas de desbalanceamento nos discos (bombas e turbinas) foi analisado. A análise indicou um rotor com vibrações laterais excessivas. Novas configurações do projeto foram criadas e analisadas com facilidade até uma configuração que atendesse aos requisitos de deslocamento foi encontrada.

Este trabalho apresenta o estudo e simulação numérica do escoamento no interior e exterior de um injetor centrífugo bipropelente similar a aquele empregado no motor foguete a propelente líquido RD-0110, pertencente à etapa orbital da nave espacial Soyuz, sendo considerado um dos motores mais eficientes da historia aeroespacial. Além, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo matemático capaz de predizer o diâmetro de gota de Sauter em função dos parâmetros geométricos obtidos no estudo do escoamento interno (primeira parte deste trabalho) e parâmetros geométricos externos envolvidos no estudo da estabilidade do filme e dos fenômenos de ruptura da folha cônica, considerando os efeitos da viscosidade do líquido (segunda parte deste trabalho), os tamanhos de gotas calculados com o presente modelo matemático, serão comparados com resultados obtidos a partir de equações empíricas, testes experimentais e da simulação numérica utilizando o modelo de atomização Cone. Para o caso da simulação numérica do escoamento no interior do injetor centrífugo bipropelente foi utilizada uma malha estruturada tridimensional de grande envergadura capaz de abranger três zonas importantes: a câmara de vórtices do estágio de oxidante (injetor centrífugo fechado), a câmara de vórtices do estágio de combustível (injetor centrífugo aberto) e a zona destinada para a visualização do spray, com a finalidade de compreender os fenômenos originados pela interação dos escoamentos de oxidante e combustível no interior do injetor bipropelente. Cabe mencionar que para simular os fenômenos de turbulência, foi utilizado o modelo RNG k-? em regime permanente e transiente as através do código comercial CFD Fluent 14.0. Obtendo assim, uma análise mais confiável das diferentes aplicações utilizadas no desenho e optimização dos injetores centrífugos, procurando à vez, uma adequada atomização, distribuição homogênea dos propelentes na câmara de combustão e dispersão do tamanho de gotas que leve a um processo de combustão eficiente.

Esta dissertação apresenta dois algoritmos para solução de problemas inversos de convecção de calor (PICC): O Método do Gradiente Conjugado Ordinário (MGCO) e o Método do Gradiente Conjugado e Problema Adjunto (MGCPA). O intuito é caracterizar estas técnicas para emprego como ferramenta de projeto durante o desenvolvimento térmico de Câmaras de Combustão de Motores Foguete a Propelente Líquido (MFPL). As ferramentas aqui apresentadas são adequadas para realizar investigações ligadas aos sistemas de refrigeração internos, como Filme de Refrigeração e a Camada de Parede, assim como fundamentar o dimensionamento dos canais de refrigeração externos da Jaqueta de Refrigeração. Os métodos foram submetidos a testes numéricos para análise de incerteza de solução sob influência do Número de Fourier, da incerteza na estimativa das condições de contorno externas, da grandeza do fluxo de calor estimado e da presença de ruído no histórico de temperatura experimental. Ao final é apresentado um experimento onde as técnicas são aplicadas na estimativa da temperatura de parede e fluxo de calor na superfície de fogo de uma placa de cobre aquecida por uma tocha de butano. Também é sugerida e testada uma configuração de termopar com alta velocidade de resposta. As análises feitas mostraram que, uma vez preenchidos requisitos experimentais estabelecidos nesse trabalho, a incerteza da solução inversa obtida por ambas as técnicas se mantém inferior a 5%.

O Ciclo de Vida de um produto e a Segurança do Pessoal são de extrema importância em operações militares com emprego de armamento. Dessa maneira, desde sua concepção, o armamento moderno deve ser projetado de modo a responder com o menor impacto possível às ameaças às quais será exposto. Por outro lado, os armamentos já em operação devem ser avaliados, caso já não tenham sido, de modo que sejam levantadas as respostas para cada tipo de estímulo. Para o COMAER, a implementação de uma THA (Threat Hazard Assessment) para auxílio nas subfases do Ciclo de Vida de um Sistema de Armas, permite elencar requisitos de segurança adicionais auditáveis pelos Órgãos Certificadores. Tais requisitos visam reduzir os danos colaterais e os custos logísticos adicionais ao longo da Fase de Operação.Este trabalho pretende revisar alguns aspectos da literatura e normatização existentes, além de apresentar resultados e análises de ensaios de subsistemas ativos representativos de um Sistema de Armas do tipo míssil. Visa ainda subsidiar trabalhos futuros de avaliação de resposta de munições às principais ameaças presentes no Ciclo de Vida de munições no âmbito das Forças Armadas do Brasil.

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DSpace on 2017-11-28T18:25:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silvajunior_gc_me_rcla.pdf: 1724008 bytes, checksum: c953406384f7a6ee2d78df6e9f2ae70b (MD5) Previous issue date: 2017-10-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / 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. / 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.

Orientador: Antonio Jorge Abdalla / Coorientador: Marcelo dos Santos Pereira / Banca: Tomaz Manabu Hashimoto / Banca: Marcelino Pereira do Nascimento / Banca: Miguel Justino Ribeiro Barbosa / Banca: Dilermando Nagle Travessa / Resumo: Este trabalho tem como objetivo caracterizar mecanica e metalograficamente, juntas soldadas de chapas finas em aço Maraging 300, submetidas a até três reparos, usadas na fabricação de envelopes motores foguete a propelente sólido desenvolvidos no Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) em atendimento às necessidades de sua gama de lançadores. O envelope motor atua como elemento estrutural e também possui a função primária de suportar a pressão de trabalho durante a queima do propelente. Atualmente, o envelope motor é fabricado em aço 300M-ESR e o IAE tomou a decisão de substituí-lo pelo aço Maraging 300. Em função dos processos existentes no Instituto, neste trabalho utilizaram-se os processos de soldagem Plasma Arc Welding - PAW com a técnica keyhole e Gas Tungsten Arc Welding - GTAW, ambos em passe único, com metal de adição. Antes de serem submetidas aos ensaios, as juntas passaram por inspeção não destrutiva de acordo com os critérios da norma AWS D17.1. Os reparos foram feitos de forma manual e processo GTAW. Amostras da junta soldada e reparadas foram submetidas a ensaios de tração, dureza Vickers (HV) por microindentações, análises químicas, análises metalográficas e fractográficas. Corpos de prova dos cordões adjacentes aos reparos também foram avaliados. Os resultados mostram que após a solda e reparos e o tratamento térmico de solubilização e envelhecimento, a zona fundida e a região da linha de fusão da solda apresentam uma dureza abaixo das outras regiões afetadas termicamente. Para as condições da solda sem reparo e reparadas, o processo PAW apresentou um valor menor de dureza em todas estas regiões com relação ao processo GTAW. As análises da superfície dos corpos de prova soldados rompidos indicam o predomínio de um processo de ruptura iniciado próximo à linha de fusão da solda e que se propaga em direção ao interior do ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work aims at mechanic and metallographic characterization of Maraging 300 welded joints sheets, submitted to up to three repairs, used for the fabrication of solid propellant rocket motors at the Institute of Aeronautics and Space - IAE as to comply with its range of launchers. The rocket motor is a structural part and also has the primary function of supporting the nominal pressure during the propellant burning. At present, the rocket motor is fabricated in 300M-ESR steel and IAE has decided to replace such a steel for the Maraging 300 one. Due to IAE's existing processes, Plasma Arc Welding - PAW with the keyhole technique and the Gas Tungsten Arc Welding - GTAW have been used, both single-pass welding with filler. Before they have been submitted to the tests, the joints went through non-destructive inspection according to AWS D17.1 Standard. Manual repairs and GTAW process have been made. Samples of the welded and repaired joints were submitted to tensile testing, Vickers hardness, chemical analysis, fractrographic and metallographic analysis. Body tests of the beads adjacent to the repairs have also been assessed. Results show that after welding, repairs and solubilization and aging heating treatment, the melted zone as well as the weld joins lines zone present hardness below other heat affected zones. As for the conditions of the non-repaired and repaired welds, the PAW process has demonstrated lower hardness values in all zones in what regards the GTAW process. The welded and fractured body tests surfaces analysis indicate the predominance of a fracture process started next to the weld joins lines which goes towards the bead interior. The nature of the fracture has shown the predominance of dimples. The GTAW welded body tests presented higher mechanical strength than that of the PAW process. Similarly, the PAW welded body tests obtained from the beads of the zones ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

O processo de injeção de combustíveis nas câmaras de combustão é de vital importância, sob diversos aspectos, para o funcionamento ideal de cada tipo de motor. O elemento responsável pela introdução de propelentes líquidos e gasosos na câmara de combustão de foguetes e pela transformação de massas líquidas em "sprays" é o injetor que converte a energia potencial dos propelentes em energia cinética, pela queda de pressão em seu interior, formando um jato ou folha líquida que se desintegra então em gotas[

O estudo de um "binder", ou matriz polimérica, alternativo ao mineral baseado na substituição parcial do polibutadieno líquido hidroxilado (PBLH) pelo óleo de mamona potencialmente aplicável em formulações de combustíveis e propelentes sólidos em motores-foguete e "ramjet" em sistemas propulsivos de mísseis táticos e veículos lançadores de satélite, entre outros. Neste trabalho, foram empregadas técnicas de caracterização termoanalíticas como análise dinâmico mecânica (DMA), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e termogravimetria (TG). A temperatura de transição vítrea para este novo "binder" foi determinada e é comparada com a temperatura de transição vítrea para o "binder" com base em PBLH, atualmente utilizado. Foram realizados ensaios mecânicos de tração uniaxiais no novo "binder" e em outro com base no PBLH, bem como em compósitos de formulações semelhantes com "binders" distintos. Procura-se estabelecer uma comparação entre eles, por meio de uma análise simples dos ensaios mecânicos, considerando-se o compósito combustível sólido como isotrópico com comportamento não-linear. Com os dados obtidos nos ensaios foi possível alimentar um pacote de elementos finitos, Cosmos Works 2007, e simular as condições de pressão instantânea máxima e compará-las com simulações realizadas em compósitos sólidos similares.

Motores-foguete a propelentes sólidos (MFPS) empregados na propulsão de artefatos bélicos, entre outros, são vulneráveis a estímulos externos, especialmente impactos balísticos por projéteis ou fragmentos se deslocando a altas velocidades. O impacto de um determinado projétil às altas velocidades, contra um motor-foguete carregado com propelente sólido, pode provocar reações do tipo detonação/deflagração comprometendo a segurança pessoal e material de missões operacionais das Forças Armadas Brasileiras. Baseado em procedimentos normatizados, foram realizados ensaios de impacto balístico com munição de calibre 12,7 x 99 mm (0.50) contra motores-foguete (MFPS) carregados com dois tipos de propelentes sólidos os quais integram o Sistema Bélico Ar-Terra (SBAT-70). Os resultados encontrados nestes ensaios de impacto balístico contra tubos motores-foguete de alumínio, carregados com propelente sólido do tipo base-dupla (BD) apresentaram, no total de testes conduzidos, 50% de reação do tipo deflagração e 50% de não reação. Quando carregado com propelente sólido do tipo compósito, nas mesmas condições de ensaio, 94% dos motores-foguete (MFPS) desenvolveram reação de deflagração e 6% de não reação. Esses resultados sugerem a troca do "case" metálico do tubo motor-foguete por um de material compósito principalmente nos tubos motores-foguete carregados com propelente sólido do tipo compósito, bem como recomenda o uso do propelente base dupla (BD) nos motores-foguetes de 70 mm, visando maior segurança operacional.