Modelagem e implementação de ferramenta para projeto preliminar de motor hipersônico aspirado
Abstract
Neste trabalho, apresenta-se a modelagem e implementação de uma ferramenta para projeto
preliminar de motor hipersônico aspirado, utilizando tecnologia scramjet. Considerouse
as geometrias planar e axissimétrica (Oswatitisch) e seccionou-se o modelo em seções
de compressão, combustão e expansão. Para as seções de compressão, foi utilizada a
teoria da onda de choque oblíqua na geometria planar, e a teoria de onda de choque
cônica para a geometria axissimétrica. Além disso, adotou-se o método da máxima recuperação
da pressão para evitar perdas de desempenho durante a compressão. Na seção
de combustão, modelada igualmente para as duas geometrias, considerou-se a teoria de
adição de calor a um escoamento unidimensional (Escoamento de Rayleigh). Na seção
de expansão, para a geometria planar, implementou-se a teoria das ondas de expansão
de Prandtl-Meyer e, posteriormente, a teoria da razão de áreas. Para a geometria axissimétrica,
considerou-se a modelagem de uma tubeira do tipo spike. De maneira a realizar
uma análise aprofundada, determinou-se a hipótese de gás real, pela variação do coeficiente
de expansão adiabática em função da temperatura, e a presença da camada limite na
região de compressão. De modo a verificar a eficácia da ferramenta, foram propostas geometrias
desenvolvidas para voo à 30 km de altitude geopotencial a número de Mach 7. Na
sequência, a ferramenta e os resultados obtidos foram validados com simulações de fluidodinâmica
realizadas no software Ansys Fluent. Além disso, demonstrou-se a influência
da geometria nas propriedades do escoamento ao longo dos modelos, apresentou-se os
empuxos gerados para os casos estudados. Por fim, considerou-se que os objetivos foram
alcançados e ressaltou-se a necessidade de possuir metodologias analíticas, numéricas e
experimentais no projeto de um motor scramjet.
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