Banca de QUALIFICAÇÃO: PAULO CÉSAR DE OLIVEIRA JÚNIOR

Uma banca de QUALIFICAÇÃO de MESTRADO foi cadastrada pelo programa.
DISCENTE : PAULO CÉSAR DE OLIVEIRA JÚNIOR
DATA : 27/09/2022
HORA: 13:30
LOCAL: formato remoto via Link: meet.google.com/utx-aauf-bim
TÍTULO:

CONCEPÇÃO, PROJETO E ANÁLISE ESTRUTURAL DE UM DEMONSTRADOR DA COMBUSTÃO SUPERSÔNICA

PALAVRAS-CHAVES:

combustão supersônica, scramjet, propulsão hipersônica aspirada, análise aerodinâmica, simulação numérica computacional, análise estrutural.

PÁGINAS: 116
RESUMO:

No atual cenário do setor aeroespacial existe uma grande limitação relacionada à carga útil que se consegue lançar em órbita ou além. Os motores-foguete, tecnologia propulsiva em operação, possuem baixo impulso específico em comparação aos sistemas com propulsão aspirada (tecnologia scramjet) que utilizam o ar atmosférico como oxidante. Durante o voo hipersônico, os veículos aeroespaciais com propulsão hipersônica aspirada estão sujeitos à elevados carregamentos aerodinâmicos e térmicos. Nesse contexto, no presente trabalho o objetivo principal é realizar análise estrutural de um demonstrador da combustão supersônica genérico, nas condições de voo à altitude de 23 km e velocidade correspondente a número de Mach 5,8. Para realização da análise estrutural foi realizado projeto aerodinâmico e dimensional de um scramjet genérico, idealizado para acoplamento aos motores-foguete nacionais S30 e S31. Foram aplicados critérios de otimização à seção de compressão, objetivando atingir as condições de temperatura e número de Mach requeridas na entrada da câmara de combustão para queimar hidrogênio espontaneamente. Na seção de expansão, o critério de otimização é baseado na verificação do ponto em que a condição de pressão é equivalente à do escoamento livre, definindo a região onde deverá ser realizado o acoplamento ao veículo acelerador. A carga aerodinâmica foi definida a partir de análise aerodinâmica analítica e numérica, considerando o ar como gás caloricamente perfeito e desprezando os efeitos viscosos. O projeto e análise aerodinâmica avaliou caso sem queima de combustível (power-off) e com queima de combustível (power-on), mas na análise estrutural apenas power-on foi considerado. A análise numérica do escoamento e a análise estrutural numérica foram respectivamente realizadas nos módulos Fluent e Static Structural do software Ansys. A análise aerodinâmica evidenciou que voando a uma altitude de 23 km com velocidade de 1723 m/s, o scramjet com três rampas de compressão com ângulos de deflexão de 7,48°, 8,93° e 10,77° é capaz de gerar, na entrada da câmara de combustão, velocidade correspondente a número de Mach 1,709 e temperatura estática de 1071,255 K, demonstrando a possibilidade de queimar hidrogênio. No bordo de fuga a velocidade do escoamento é de 1688,958 m/s sem queima de combustível e 1806,977 m/s com queima de combustível, demonstrando que o scramjet só é capaz de gerar empuxo com ignição do combustível. Para a análise numérica do escoamento, a malha não estruturada com elementos triangulares se mostrou mais adequada para captar as condições do escoamento após as ondas de choque oblíqua no scramjet, considerando o ar atmosférico como gás caloricamente perfeito e sem efeitos viscosos. Na análise aerodinâmica os resultados numéricos apresentaram boa concordância com os resultados analíticos. Na análise estrutural numérica a tensão equivalente de von-Mises máxima é de 122,93 MPa e ocorre no bordo de ataque da carenagem, próximo ao contato com o painel lateral, devido à espessura da cunha no bordo de ataque e às elevadas pressões da câmara de combustão. Contudo, esse valor é inferior ao da tensão de escoamento dos materiais utilizados, de modo que as deformações e deslocamentos na estrutura ocorrem no regime elástico dos materiais e por isso são recuperáveis.

MEMBROS DA BANCA:
Presidente - 1451488 - JOÃO CARLOS ARANTES COSTA JÚNIOR
Interno - 1235107 - GEORGE SANTOS MARINHO
Interno - ***.408.158-** - PAULO GILBERTO DE PAULA TORO - ITA
Externa à Instituição - HEIDI KORZENOWSKI - UNIVAP