Projeto preliminar de uma tubeira para um foguete híbrido de pequenas dimensões instalado em um CubeSat

Abstract

O presente trabalho de conclusão de curso apresenta o projeto de uma tubeira para um motor de foguete híbrido voltado para aplicação em uma missão de inserção de um microsatélite 24U em órbita marciana, que está sendo proposta pela Escola de Engenharia Aeroespacial (SIA) da Universidade de Roma (La Sapienza). Um projeto preliminar considerando uma tubeira cônica já foi feito pela equipe da SIA, assim como simulações numéricas. O sistema propulsivo está sendo desenvolvido em parceria com a UnB e um estudo aprofundado de cada componente é necessário. Uma análise do comportamento da tubeira sino é interessante e o passo inicial é obter o contorno da parede da tubeira. Para isso, o método das características foi usado. Este trabalho implementa algoritmos já disponíveis nas referências e valida o modelo com simulações numéricas avaliando o desempenho das tubeiras obtidas. O método das características clássico apresentado amplamente nas principais referências considera o calor específico a pressão constante com o constante. Essa suposição é valida para baixas temperaturas na câmara de combustão e baixos números de Mach dos gases de exaustão. A variação do calor específico a pressão constante com a temperatura é levado em conta neste trabalho e, para isso, uma simulação no software CEA com as condições de operação do projeto de interesse foi usada para obter a variação das propriedades ao longo da tubeira. Para fornecer um escoamento paralelo, uniforme e sem perdas por componentes de velocidade não axiais, o método das características fornece uma tubeira longa. Em aplicações de motor de foguete é comum truncar a tubeira obtida dessa forma. A escolha para o comprimento final da tubeira truncada deve levar em conta a massa que é poupada e a perda na eficiência. Os desempenhos de diferentes comprimentos para a tubeira truncada foram comparados e a melhor opção foi determinada.