Influência do raio de abertura polar sobre o comportamento estrutural de envelope compósito com domos elípticos

Abstract

A câmara de combustão de foguetes vem sendo fabricadas por bobinagem filamentar desde a década de 50 e continua sendo objeto de estudo. Entre seus benefícios, destaca-se a redução de massa do motor, que melhora a sua performance balística. No contexto da propulsão híbrida, estudos experimentais mostram que diferentes configurações de geometria do sistema de injeção apresentam performance de injeção similar. Em contrapartida, o diâmetro da placa injetora pode afetar significativamente o comportamento estrutural da câmara, que também é chamada de envelope. O presente trabalho tem como objetivo estudar a resposta do envelope conforme a variação do raio de abertura polar. O envelope é fabricado por bobinagem filamentar, feito de carbono/epóxi, com domos elípticos e sem forro metálico. É projetada para propulsor híbrido de baixo empuxo (1 kN), com método de fixação a veículo definido. Dois casos de carga são considerados: teste de pressão estático, com aplicação simples de pressão interna (3 MPa), e funcionamento do motor no veículo, com inclusão de pressão de injeção (4 MPa). A análise é feita por modelo numérico, baseado no método dos elementos finitos, cuja geometria, condições de contorno, condições de carga, ângulo e espessura de bobinagem são discutidas aqui. A variação desses parâmetros de bobinagem é considerada. O modelo é validado por método analítico, conforme a teoria clássica de laminação e a teoria de paredes finas para vasos de pressão. Para modelar a placa injetora, toma-se por base metodologia analítica para placas finas sob carga uniformemente distribuída.