Concepção Aerotermodinâmica e Projeto Mecânico de um motor Scramjet de treinamento

Rafael de Oliveira Santos¹; Marco Antônio Sala Minucci¹; Paulo Gilberto de Paula Toro¹; Israel da Silveira Rêgo¹

¹ IEAv - Instituto de Estudos Avançados

doi:10.20906/CPS/CON-2016-1175

Resumo

Este artigo apresenta em detalhes a concepção aero-termodinâmica seguida do projeto mecânico de um scramjet de treinamento para voo atmosférico a 6,2 km de altitude com velocidade correspondente a número de Mach 4,18, acoplado ao foguete de treinamento intermediário (FTI). O scramjet de treinamento consiste de um motor aeronáutico com simetria planar para operação no regime de baixo hipersônico. A metodologia para concepção do scramjet utilizou as teorias de onda de choque oblíqua e de expansão para determinação da sua geometria assim como, das propriedades aero-termodinâmicas do escoamento ao longo do scramjet. Para o projeto mecânico foi utilizada a ferramenta de desenho assistido por computador ou CAD (computer aided design). Foram realizados cálculos variando a geometria do scramjet, tanto na seção de compressão quanto na seção de expansão e avaliadas as implicações destas com intuito de selecionar a melhor configuração para o projeto mecânico do scramjet. Os resultados teórico-analíticos mostraram que dentre as configurações consideradas, a que apresenta resultados mais satisfatórios para a seção de compressão, foi aquela com três rampas de compressão, sendo a primeira de 14° em relação à horizontal, a segunda de 5° em relação à primeira rampa e a terceira de 5° em relação à segunda rampa, obtendo na entrada da câmara de combustão uma temperatura de 759 K, pressão de 1420 kPa e velocidade correspondente a número de Mach 1,52 (escoamento supersônico). Para a seção de expansão, a melhor configuração selecionada foi uma tubeira com expansão interna e externa constituída de uma única rampa no final do acoplador de 10°, obtendo após a onda de expansão uma temperatura de 578 K, pressão de 272 kPa e velocidade correspondente a número de Mach 2,15. O projeto mecânico forneceu uma idéia das dimensões básicas do scramjet: 641,89 mm de comprimento, 250 mm de altura e 150 mm de largura, desconsiderando o acoplamento do scramjet e o foguete acelerador FTI. Arbitradas algumas espessuras mínimas para fuselagem (com base na

Palavras-chave: scramjet; hipersônica; projeto; CAD; teoria de gás dinâmica