Projeto conceitual de um scramjet para inserção de cubesat em órbita, empregando uma abordagem analítica

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Pereira, Marcos Vinicius Sabino
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFRN
Texto Completo: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/47669
Resumo: Com o intuito de acessar o espaço por meio da aplicação da tecnologia de propulsão hipersônica aspirada, este trabalho apresenta o desenvolvimento do projeto de um scramjet (supersonic combustion ramjet). O veículo aeroespacial proposto neste trabalho será dotado de três estágios, sendo dois estágios de motores foguetes a propulsão sólida e um estágio composto por um scramjet com quatro câmaras de combustão. O scramjet deste veículo irá operar em voo vertical na atmosfera terrestre, entre 20 km e 60 km de altitude com velocidade hipersônica de 1710 m/s, correspondente a aproximadamente número de Mach 5,8. Tendo em vista que o scramjet não possui partes móveis e necessita de um sistema que o acelere, até que possa operar, será necessária a utilização do veículo acelerador que é responsável por impulsionar o scramjet até as condições ideais de operação (número de Mach, posição, pressão dinâmica). Este veículo aeroespacial terá a utilidade de acessar o espaço e realizar experimentos de sondagem, inserção de CubeSat em órbita e treinamento da mão de obra especializada responsável por operações aeroespaciais. Para o desenvolvimento deste trabalho, é necessária a utilização das teorias referentes às formações de ondas de choque e ondas de expansão, além das teorias relacionadas à adição de calor e de formação de camada limite em escoamento com velocidade hipersônica. Os resultados preliminares deste trabalho indicam que o scramjet conseguirá gerar empuxo e que ao se considerar a existência da camada limite é necessária uma alteração na geometria do inlet do veículo, para que seja possível manter a formação de shock on-lip e shock on-corner na estrutura do scramjet.
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Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciências Aeroespaciais) - Escola de Ciência e Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/47669Com o intuito de acessar o espaço por meio da aplicação da tecnologia de propulsão hipersônica aspirada, este trabalho apresenta o desenvolvimento do projeto de um scramjet (supersonic combustion ramjet). O veículo aeroespacial proposto neste trabalho será dotado de três estágios, sendo dois estágios de motores foguetes a propulsão sólida e um estágio composto por um scramjet com quatro câmaras de combustão. O scramjet deste veículo irá operar em voo vertical na atmosfera terrestre, entre 20 km e 60 km de altitude com velocidade hipersônica de 1710 m/s, correspondente a aproximadamente número de Mach 5,8. Tendo em vista que o scramjet não possui partes móveis e necessita de um sistema que o acelere, até que possa operar, será necessária a utilização do veículo acelerador que é responsável por impulsionar o scramjet até as condições ideais de operação (número de Mach, posição, pressão dinâmica). Este veículo aeroespacial terá a utilidade de acessar o espaço e realizar experimentos de sondagem, inserção de CubeSat em órbita e treinamento da mão de obra especializada responsável por operações aeroespaciais. Para o desenvolvimento deste trabalho, é necessária a utilização das teorias referentes às formações de ondas de choque e ondas de expansão, além das teorias relacionadas à adição de calor e de formação de camada limite em escoamento com velocidade hipersônica. Os resultados preliminares deste trabalho indicam que o scramjet conseguirá gerar empuxo e que ao se considerar a existência da camada limite é necessária uma alteração na geometria do inlet do veículo, para que seja possível manter a formação de shock on-lip e shock on-corner na estrutura do scramjet.In order to access the space through the application of hypersonic airbreathing propulsion technology, this work presents the development scramjet (supersonic combustion ramjet). The aerospace vehicle proposed in this work will have three stages, two stages of rocket engines with solid propulsion and a stage composed by a scramjet with four combustion chambers. The scramjet of this vehicle will operate in vertical flight in the Earth’s atmosphere, from 20 km to 60 km of altitude with hypersonic speed of 1710 m/s, corresponding to approximately Mach number 5.8. Bearing in mind that the scramjet has no moving parts and needs a system that accelerates it, up to supersonic combustion conditions, it will be necessary to use the accelerator vehicle that is responsible for propelling the scramjet to the ideal operating conditions (Mach number, position, dynamic pressure). This aerospace vehicle will have the utility of accessing space and conducting drilling experiments, insertion of CubeSat into orbit and training the specialized labor responsible for aerospace operations. For the development of this work, it is necessary to use the theories referring to the formation of shock waves and expansion waves, in addition to the theories related to the addition of heat and the formation of a boundary layer in flow with hypersonic velocity. The preliminary results of this work indicate that the scramjet will be able to generate thrust and that when considering the existence of the boundary layer, a change in the geometry of the vehicle's inlet is necessary, so that it is possible to maintain the formation of shock on-lip and shock on-corner in the scramjet structure.Universidade Federal do Rio Grande do NortePROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AEROESPACIALUFRNBrasilScramjetCombustão supersônicaPropulsão hipersônica aspiradaEstudo analíticoCubeSatProjeto conceitual de um scramjet para inserção de cubesat em órbita, empregando uma abordagem analíticaConceptual design of a scramjet for inserting a cubesat into orbit, employing an analytical approachinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALProjetoconceitualscramjet_Pereira_2022.pdfapplication/pdf2235724https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/47669/1/Projetoconceitualscramjet_Pereira_2022.pdf7724ace3308f08ea8f76878dfa2b9ab9MD51123456789/476692022-06-14 19:56:09.421oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/47669Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2022-06-14T22:56:09Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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