Análise dos processos da propulsão e da transferência de calor de um motor-foguete híbrido

Abstract

O trabalho presente é dedicado ao desenvolvimento de duas simulações numéricas, uma sobre o comportamento do fluido durante o processo da propulsão e a outra sobre o processo de transferência de calor gerada pelo fluido para os materiais do motor-foguete híbrido. Estas foram validadas com os resultados obtidos em um teste estático do motorfoguete híbrido SARA. A primeira análise é uma simulação sobre a transferência de calor dos fluidos produtos da combustão para os materiais da tubeira. Foi realizada a análise da transferência de calor transiente utilizando as geometrias de algumas partes do motor-foguete híbrido e da tubeira em um software de volume finitos. Como parâmetros de análise, foram considerados a temperatura inicial do sistema, os materiais da estrutura e a curva de temperatura obtida experimentalmente. Através do método inverso explicado neste trabalho na seção 3.3, foi possível a obtenção dos fluxos de calor por unidade de área em cada região considerada e também as temperaturas na região interior de todo volume de controle. A segunda simulação analisa o fluido dentro de um motor-foguete híbrido e tubeira durante o início da propulsão. Foi empregado nesta simulação as condições de contorno do projeto deste motor. Esta simulação foi validada com base na pressão medida experimentalmente, e também, comparando o comportamento da chama do caso real com a simulação, através da medição da reentrada de ar na tubeira. Essas simulações foram validadas com os dados obtidos experimentalmente pelo Laboratório de Propulsão Química da Universidade de Brasília. Com os resultados das duas simulações, foi possível o cálculo do coeficiente de transferência de calor por convecção do fluido para os materiais no início da propulsão. Graças a validação dessas simulações, a abordagem de outros resultados que são impraticáveis de serem obtidos na forma experimental mas estão disponíveis nos modelos numéricos, possibilitam a introdução de outros estudos, como os tópicos dos materiais isolantes, análise das propriedades do fluido, dentre outros.