Análise teórica e experimental do comportamento do fluxo com camada limite dentro da tubeira de um motor de foguete híbrido

Abstract

Motor de foguete híbrido além de possuir custo de fabricação razoavelmente baixo ele fornece elevado valor de impulso quando é comparado com motor de foguete sólido. Foguete a propelente híbrido dispõe de um oxidante que pode ser liquido ou gasoso e um grão de combustível. A queima gerada pela câmara de combustão ejeta o escoamento para a tubeira. O tipo de fluxo gerado na tubeira é supersônico, compressível e viscoso. O fluxo a ser considerado neste trabalho é o ar. A viscosidade do escoamento na tubeira forma uma fina camada entre o fluxo e a superfície, chamada de camada limite. A camada limite pode ter diferentes comportamentos de acordo com a rugosidade ou ondulação da superfície da tubeira. Neste trabalho será analisado o comportamento do fluxo de ar dentro da tubeira de um motor de foguete híbrido, no qual este motor de foguete em estudo foi construído pelo grupo de propulsão Híbrida da Universidade de Brasília (UnB) no laboratório de propulsão química da UnB. Além dos dados fornecidos pelo grupo de propulsão serão usados os resultados analíticos calculados neste trabalho para serem comparados com os resultados obtidos numericamente. Antes deste estudo foram realizados testes com o motor de foguete criado pelo grupo de propulsão e dados como pressão e temperatura foram medidos nestes testes. Agora com a inserção da rugosidade e ondulação na tubeira desse motor tornará possível a investigação da influência do material e da qualidade da superfície sobre as propriedades do escoamento na tubeira. Logo, esse estudo ajudará na escolha do melhor material para uma tubeira de motor de foguete, uma vez que ela é a parte mais importante de um foguete. O objetivo principal deste trabalho é verificar se o modelo numérico atinge resultados semelhantes ao modelo analítico de uma tubeira de um motor de foguete híbrido com e sem a presença de rugosidade e ondulação. O resultado numérico foi satisfatório, pois algumas propriedades do fluxo como pressão, temperatura, densidade, número de Mach, velocidade e espessura da camada limite dentro da tubeira atingiram valores próximos à solução analítica. Neste trabalho também foi possível ver que a rugosidade e ondulação influenciam diretamente no comportamento do fluxo.