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dc.contributor.advisorAndrianov, Artem-
dc.contributor.authorMilhomem, Gabriel Pachêco-
dc.identifier.citationMILHOMEM, Gabriel Pachêco. Estudos experimentais e numéricos de polímeros ablativos para proteção interna de motores foguete de combustível híbrido. 2018. 96 f., il. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Aeroespacial)—Universidade de Brasília, Brasília, 2018.pt_BR
dc.descriptionTrabalho de Conclusão de Curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, 2018.pt_BR
dc.description.abstractCom o objetivo de se verificar a aplicabilidade de um motor foguete de combustível híbrido como um desacelerador propulsivo para o Satélite de Reentrada Atmosférica (SARA), foi construído um motor foguete de testes na Universidade de Brasília. Como o ambiente encontrado dentro de um foguete é bastante severo, onde as temperaturas e pressões são altíssimas, é necessário o uso de um escudo térmico para que a integridade estrutural do foguete seja mantida. Essa proteção é feita por meio de materiais poliméricos de sacrifício, que são colocados entre o propelente sólido e as paredes da estrutura. Para saber quais os melhores materiais isolantes entre os disponíveis no mercado brasileiro, um método de teste foi desenvolvido utilizando o motor de testes que foi construído. Esse método se baseia no uso de um módulo extra, onde os materiais a serem testados ficam durante a realização dos experimentos. O propelente sólido utilizado em todos os testes aqui feitos foi a parafina, enquanto o oxidante foi o óxido nitroso. Após os testes, as taxas de ablação e de perda de massa foram estimadas para cada material. Como o motor de testes foi instalado na direção horizontal, a gravidade faz com que a taxa de erosão seja maior na parte inferior das amostras do que na parte superior das mesmas. Desse modo, as partes inferiores das amostras devem ser desconsideradas para análise, pois divergem muito da média. O material que apresentou as menores taxas de decomposição foi a borracha de silicone preta, enquanto que o material mais sensível à erosão foi o poliuretano. Foi observado que as taxas de erosão para todos os materiais testados foram altas, sendo comparáveis às taxas de alguns dos combustíveis sólidos utilizados na propulsão híbrida. Consequentemente, não é recomendado o uso de polímeros puros para a proteção térmica. Foi criado então três compósitos diferentes utilizando silicone preto como matriz e fibra de vidro como reforço. Os testes experimentais com esses compósitos mostraram como a direção da fibra interfere na resistência à ablação, sendo que o compósito mais eficiente é o que possui as fibras perpendiculares ao eixo do motor. Com o objetivo de se estimar os fluxos de calor que são encontrados dentro do motor foguete de teste e determinar as propriedades térmicas do grafite aqui utilizado, foi realizado um teste de 11 segundos de duração e sem o módulo extra. Diversas simulações foram então realizadas utilizando um modelo completo do motor. Observou-se que o grafite pirolítico é o material com as propriedades mais semelhantes ao do grafite aqui utilizado. O fluxo de calor não é constante ao longo do tempo e varia com a distância axial do motor. Os valores dos fluxos de calor na região do grafite variam entre 0,035-0,4 W/mm².pt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subject.keywordMotores de foguetespt_BR
dc.subject.keywordVeículos espaciais - sistemas de propulsãopt_BR
dc.subject.keywordCompósitos poliméricospt_BR
dc.titleEstudos experimentais e numéricos de polímeros ablativos para proteção interna de motores foguete de combustível híbridopt_BR
dc.typeTrabalho de Conclusão de Curso - Graduação - Bachareladopt_BR
dc.date.accessioned2019-02-06T14:08:13Z-
dc.date.available2019-02-06T14:08:13Z-
dc.date.submitted2018-12-10-
dc.identifier.urihttp://bdm.unb.br/handle/10483/21332-
dc.language.isoPortuguêspt_BR
dc.description.abstract1In order to verify the applicability of a hybrid rocket as a propulsive decelerator for the Atmospheric Reentry Satellite, in Portuguese is Satélite de Reentrada Atmosférica (SARA), a rocket test motor was built at the University of Brasilia. The environment inside a rocket motor is quite severe, the temperatures and pressures are very high, so it is necessary to use a heat shield to maintain the rocket’s structural integrity. This protection is made by the use of a sacrifice polymeric material, which are placed between the solid propellant and the internal walls of the structure. To find out the best insulation materials available in the Brazilian market, a test method was developed using the test motor that was built. This method is based on the use of an extra module, where the tested materials remain during the experiments. Paraffin was the solid propellant used in all tests made here, while the oxidant was nitrous oxide. After the tests, ablation and mass loss rates were estimated for each material. As this motor was installed in the horizontal direction, gravity causes a great increase in rate of erosion in the lower part of the samples. Thus this, the lower part of the samples should be disregard for analysis, as they differ greatly from the mean. The material with the lowest decomposition rate was black silicon rubber, while the material most susceptible to erosion was Polyurethane. It was observed that the erosion rates for all the tested materials were high, these values can be comparable to the rates of the solid fuels used in hybrid propulsion. In this way, the use of pure polymers for thermal protection is not recommended. Then, three different composites were made using black silicon as matrix and glass fiber as reinforcement. The experimental tests with these composites showed how the direction of the fiber interferers in the ablation resistance, being that the most efficient composite is the one that has the fibers perpendicular to the axis of the motor. In order to estimate the heat fluxes that are found inside the test rocket engine, a test with 11 seconds and without the extra module was performed. Several simulations with a complete model of the rocket were executed. It has been observed that the pyrolytic graphite is the material with the most similar properties to the graphite used here. The heat flux is not constant over time and varies with the axial distance of the motor. The values of heat flux in the graphite region vary between 0,035-0,4 W/mm².pt_BR
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