Análise do estado de tensão deformação de grão combustível sólido de foguete híbrido

Abstract

O recente desenvolvimento de projetos de motores foguetes híbridos para utilização em lançamento a partir de uma certa altitude abre novas possibilidades para a indústria como um todo. Se faz necessário então, entender como os elementos do sistema propulsivo operam nessas condições especiais. Em um motor foguete híbrido, o grão combustível solido é um dos elementos com grande sensibilidade a condições adversas de solicitação mecânica. Desta forma, o presente trabalho visa analisar o comportamento mecânico de um pequeno grão propelente feito de materiais comuns, como parafina e polietileno, submetido a condições de baixas temperaturas. Para tanto utilizou-se a teoria das cascas de paredes grossas e a teoria que trata das tensões térmicas devido ao resfriamento para calcular a distribuição de tensão no grão analiticamente. Posteriormente os resultados analíticos foram usados para verificar o uso do software nas simulações computacionais por elementos finitos. Construiu-se então novos modelos numéricos, como o axisimétrico e de deformação plana, com condições de contorno que aproximam a simulação das condições reais a qual o motor vai enfrentar. Ao final foram realizados ensaios em um motor foguete híbrido para observar o desempenho de um grão de parafina com a presença de trincas. Os resultados descartam o uso da parafina nesse tipo de aplicação e apontam que o HDPE é capaz de sobreviver estruturalmente a essas condições.