Análise térmica e estrutural do disco injetor do motor de foguete híbrido SARA

Abstract

Motores híbrido de foguetes são mecanismos de propulsão que por meio de uma reação química gera impulso, reação esta entre um comburente líquido e um combustível sólido. O foguete em estudo será o motor de foguete híbrido SARA, desenvolvido pela Universidade de Brasília. Este trabalho tem o intuito de montar uma modelagem teórica do subsistema do disco injetor do foguete, abrangendo também a tubulação de condução do óxido nitroso N2O e a pré-câmara de combustão como sendo as vizinhanças influenciadoras no comportamento do sistema. Serão analisados as características químicas, mecânicas e termodinâmicas do material constituinte do disco injetor, as propriedades dinâmicas e termodinâmicas do fluxo de óxido nitroso e as condições de operação da pré-câmara de combustão. Com isto será possível determinar parâmetros como pressão e temperatura ambiente do sistema em estudo, os quais afetam diretamente a estrutura do disco injetor. A análise teórica foi focada no entendimento dos mecanismos de funcionamentos de transferência de calor possível no interior do sistema, dinâmica do fluido que rege o fluxo de oxidante e conceitos de dinâmica estrutural que determinará o comportamento estrutural do disco injetor. Estas informações sobre parâmetros e características iniciais proporcionou uma modelagem teórica do comportamento térmico e dinâmico estrutural apresentado pelo disco injetor durante a operação do motor de foguete. Estes entendimentos foram usados para produzir simulações computacionais com o auxílio dos softwares ANSYS. Esta analise é importante para saber os parâmetros máximos de operação do sistema, para que o disco injetor não sofra danos estruturais e comprometa o pleno funcionamento de todo o motor do foguete. Outro possível benefício foi determinar valores dimensionais mais eficientes do disco injetor, diminuindo a quantidade de material na estrutura e consequentemente reduzindo o custo da peça.