Efeito da geometria do bocal divergente sobre o empuxo de motor-foguete operando no vácuo

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Moro, Diego Fernando
Data de Publicação: 2014
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/36990
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Carlos Henrique Marchi
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spelling Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaMarchi, Carlos Henrique, 1966-Moro, Diego Fernando2024-08-01T19:35:01Z2024-08-01T19:35:01Z2014https://hdl.handle.net/1884/36990Orientador: Prof. Dr. Carlos Henrique MarchiDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa: Curitiba, 25/08/2014Inclui referênciasÁrea de concentração: Fenômenos de transporte e mecânica dos sólidosResumo: O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da parte divergente de motores-foguete operando no vácuo. Para isto, foram realizadas simulações com o código computacional Mach2D. Nestas simulações o regime de escoamento simulado foi invíscido, de um fluido compressível, contínuo, não reativo, termicamente perfeito, bidimensional axissimétrico. Foi avaliado o efeito da parte divergente das 3 seguintes formas: (1) para uma razão de expansão fixa e comprimento do divergente fixo (envelope fixo), (2) para uma razão de expansão variável (com ângulo cônico equivalente variando de 10 a 30°) e comprimento do divergente fixo e (3) para uma razão de expansão variável e comprimento do divergente livre (foram simulados 3 comprimentos de tubeira diferentes: 196,08; 215,63 e 235,56 mm). Os dados de entrada da tubeira foram os mesmos utilizados na validação do código computacional, dados obtidos de um artigo de uma equipe do Jet Propulsion Laboratory (JPL) da NASA (National Aeronautics and Space Administration): escoamento de ar aquecido com pressão de estagnação de 17,25 bar, temperatura de estagnação de 833 K, razões de compressão e expansão de 9,76 e 6,63 respectivamente e ângulos do convergente e divergente de 44,88 e 15,11° respectivamente. Também, foram testados e analisados 7 diferentes geometrias de divergente de motores-foguete utilizados em espaçomodelos, os motores testados utilizam pólvora negra como propelente e tubeiras feitas em cerâmica. As razões de expansão experimentais médias foram de: 1,1; 1,4; 2,0; 2,8; 5,6; 18; 6,4, as primeiras 5 tubeiras são cônicas, a penúltima é parabólica tipo corneta (padrão do fabricante) e a última é parabólica tipo sino. Analisando os resultados das simulações, o melhor tipo de geometria para um envelope fixo é a logarítmica, existe uma razão de expansão que resulta em empuxo ótimo no vácuo e o ângulo equivalente cônico ótimo é de 20°, e segundo as análises dos motoresfoguete de espaçomodelos, os gases atingem expansão ótima independente da razão de expansão utilizada (o erro é de no máximo 2%).Abstract: The objective of this work was the evaluation of the effect of the divergent part of rocket engines working at the vacuum. For that, numerical simulations were performed using the Mach2D software. At these simulations, the simulated flow type was inviscid, of compressible gas, continuum, not reactive, thermally perfect, bidimensional axisymmetric. The effect was analyzed by 3 different ways: (1) with a fixed expansion ratio and fixed length (fixed envelope), (2) with a variable expansion ratio (with conical equivalent angle of 10° up to 30°) and fixed length and (3) with a variable expansion ratio and free length (3 different length were simulated: 196,08; 215,63 and 235,56 mm). The used data at the nozzle inlet were the same used at the validation of the numerical code, these data were obtained from an article of a team of the Jet Propulsion Laboratory (JPL) of NASA (National Aeronautics and Space Administration): heated atmospheric air flow with a stagnation pressure of 17,25 bar, stagnation temperature of 833 K, compression and expansion ratios of 9,76 e 6,63 respectively and converging and diverging angles of 44,88 e 15,11° respectively. Other work performed was to test and analyze 7 different types of divergent geometry used in spacemodel rocket engines, the tested rocket engines used black powder as propellant and the nozzles were made in ceramic. The experimental average expansion ratios were: 1,1; 1,4; 2,0; 2,8; 5,6; 18; 6,4, the first 5 nozzles used conical divergent, the penultimate one was parabolic trumpet type and the last was parabolic bell type. Analyzing the simulation results, the best geometry type for the fixed envelope was the logaritmic, there is na expansion ratio that results in an optimal thrust at the vacuum and the equivalent conical angle is 20° and by the analysis of the rocket engines used in spacemodels, the exaust gases reach optimal expansion independently of the used expansion ratio (the error is up to 2%).97f. : il., grafs., tabs., color.application/pdfDisponível em formato digitalEngenharia mecânicaDinamica dos fluidosVeiculos espaciais - Sistemas de propulsãoTubeirasEfeito da geometria do bocal divergente sobre o empuxo de motor-foguete operando no vácuoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessTHUMBNAILR - D - DIEGO FERNANDO MORO.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1403https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/36990/1/R%20-%20D%20-%20DIEGO%20FERNANDO%20MORO.pdf.jpg45e3f6c1913117ca63a564eae8d08614MD51open accessTEXTR - D - DIEGO FERNANDO MORO.pdf.txtExtracted Texttext/plain138240https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/36990/2/R%20-%20D%20-%20DIEGO%20FERNANDO%20MORO.pdf.txtc0678df22bd4164856dc1ea10436aaebMD52open accessORIGINALR - D - DIEGO FERNANDO MORO.pdfapplication/pdf6542241https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/36990/3/R%20-%20D%20-%20DIEGO%20FERNANDO%20MORO.pdf2650a151945a0ddad3798dc3919060deMD53open access1884/369902024-08-01 16:35:01.379open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/36990Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082024-08-01T19:35:01Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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