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Desenvolvimento e teste da válvula de controle digital para sistema de alimentação do motor de foguete híbrido

25 de Outubro de 2017, 17:39 , por Olexiy Shynkarenko - | Ninguém está seguindo este artigo ainda.
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Grant source:   FAPDF (R$ 68.500,00)

Team: Dr. Olexiy Shynkarenko, Dr. Artem Andrianov, Dr. Jungpyo Lee, Dr. Domenico Simone, MSc. Artur Elias de Moraes Bertoldi

Abstract: O grupo de Propulsão Química do Curso de Engenharia Aeroespacial desenvolveu um motor de foguete híbrido e a bancada de teste para plataforma de reentrada atmosférica SARA (projeto Uniespaço-II da Agência Espacial Brasileira - AEB). O motor desenvolvido foi fabricado e testado com sucesso no Laboratório de Propulsão Química, onde verificou-se que os parâmetros de funcionamento correspondem com os mesmos do projeto base apresentado à AEB.

O projeto atual está focado no desenvolvimento analítico e experimental da válvula principal do sistema de alimentação de oxidante do motor, que permitirá o controle do fluxo de propelente em uma ampla gama de vazões mássicas, em tempo real, por meio do sinal de controle digital do computador de bordo do estágio/ou da bancada de teste.

Até o presente momento, na indústria aeroespacial brasileira, não foi desenvolvido um sistema de controle de fluxo parecido (válvula com controle digital) que poderia ser utilizado nos projetos acadêmicos de desenvolvimento dos motores de foguetes. Por isso, as aplicações espaciais que necessitam de um sistema de alimentação de propelente geralmente utilizam válvulas de controle importadas do exterior, com custos altíssimos (cerca de 50 mil dólares americanos por unidade, em compras de 5 ou mais unidades). Concomitantemente, os processos de compra no exterior dos equipamentos aeroespaciais são muito complicados por causa da legislação dos países exportadores e do Brasil. Como exemplo, no passado, foram compradas pela equipe do projeto as válvulas para sistema SARA, sendo que todo o processo de compra e transporte levou aproximadamente 3 anos e grande parte dos recursos do projeto.

Durante os últimos anos, a equipe teve a oportunidade de trabalhar com várias válvulas importadas e com sistemas de alimentação de propelente, estudando o seu funcionamento, a sua estrutura mecânica, elétrica e eletrônica com o intuito de iniciar o desenvolvimento de válvulas controladoras no Brasil, baseadas no uso de componentes nacionais.

O desenvolvimento atual permitirá executar pesquisa tecnológica e inovação para construção do produto final nacional de relativo baixo custo, patenteado, que pode ser utilizado nas várias áreas da engenharia, onde existe uma necessidade de controle de fluxos com a precisão, em tempo real, como na engenharia aeroespacial, de energia, gás e petróleo, automotiva, etc.  Espera-se, também, que o produto possa ser utilizado no setor espacial brasileiro.

Durante a execução da pesquisa os requisitos do sistema serão analisados e o processo de desenvolvimento será concebido levando em conta os cálculos do escoamento e o design dos sistemas mecânicos, elétricos e eletrônicos, assim como, a análise de fluxos.

Na sequência, serão realizados os planos de produção, montagem e teste, mostrando os requisitos mínimos para o desenvolvimento do projeto, as expectativas, os resultados e os benefícios da válvula desenvolvida para pesquisa de motor de foguete propelente híbrido.  A equipe do projeto tem uma boa aproximação com a indústria, o que permitirá executar a fabricação dos componentes do sistema desenvolvido em alta qualidade.

A criação da válvula de controle digital será a chave tecnológica para operação confiável do motor de foguete, permitindo inclusive realizar a modulação de empuxo do sistema propulsivo.

Valve prototype, model 12, In/Out 1/2'', 15W, 32bit precision, open-close time 0.4 s, water proof

Project videos:

1. Development of a Thrust Control System for Rocket Engines

2. Hybrid motor test of 5 seconds, Nitrous Oxide (N2O) + Paraffin, thrust modulation by PID control (blow down mode to constant chamber pressure)

 

3. Hybrid motor test of 4 seconds, Nitrous Oxide (N2O) + Paraffin, thrust modulation by real-time simulation coupled with the test bench control system (blowdown mode to constant chamber pressure).