Seleção Preliminar de Materiais Estruturais e de Proteção Térmica para o Demonstrador Tecnológico
José Edmauro da Silva Junior1; Juliana Antunes Caltabiano Coutinho Pinto1; Israel da Silveira Rêgo2; Marco Antônio Sala Minucci2; Paulo Gilberto de Paula Toro2; Felipe Jean da Costa3
1 USP - Universidade de São Paulo; 2 IEAv - Instituto de Estudos Avançados; 3 ITA - Instituto Tecnológico de Aeronáutica
doi:10.20906/CPS/CON-2016-1208
Resumo
Veículos hipersônicos aeroespaciais dotados de sistema de propulsão supersônica a ar aspirado enfrentam ambientes extremamente severos durante voo super/hipersônico em termos de carregamentos térmicos e aerodinâmicos. Desta forma, faz-se necessário o emprego de materiais que atendam aos carregamentos térmicos e aerodinâmicos sem que haja o comprometimento da estrutura do veículo, bem como dos sistemas embarcados e da eficiência do motor "scramjet". O projeto de novos veículos aeroespaciais sempre esteve acompanhado do desenvolvimento de novos materiais. A história mostra que novos materiais tiveram de ser desenvolvidos, acompanhando o desenvolvimento de novos veículos aeroespaciais, onde se destaca o uso de ligas de Titânio para a aeronave SR-71, superligas de Níquel (Inconel) no projeto X-15, material cerâmico para o "Space Shuttle Orbiter" e indica a tendência de se utilizar compósitos de matriz cerâmica para veículos hipersônicos aeroespaciais dotados de sistema de propulsão supersônica a ar aspirado. Além disso, novos métodos de manufatura e caracterizações termo estruturais devem ser desenvolvidos para atender aos requisitos para esta nova geração de veículos aeroespaciais que experimentam altas temperaturas durante seu voo. Os requisitos para os materiais empregados em veículos aeroespaciais com sistema de propulsão supersônica a ar aspirado inclui capacidade de operar em altas temperaturas (1300 - 2500 K), elevada resistência mecânica em altas temperaturas, elevada tenacidade e baixo peso. A resistência específica, indica a razão entre resistência mecânica e a densidade do material, em função da temperatura. Nota-se que os compósitos de matriz cerâmica (CMC), o C/SiC (Carbono com fibra de Carbeto de Silício), Carbono-Carbono Avançado (ACC), e SiC/SiC apresentam elevada resistência com elevada temperatura de trabalho, justificando desta forma o uso destes materiais para veículos hipersônicos aeroespaciais que utilizam a tecnologia "scramjet". Conhecida as características geométricas, o envelope de voo, as
Palavras-chave: scramjet; 14-X S; Hypersônica; Sistema de Proteção Térmica