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Project FAPDF Ramjet

12 de Fevereiro de 2017, 15:53 , por Olexiy Shynkarenko - | Ninguém está seguindo este artigo ainda.
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Design and Development of a High-Maneuverability Supersonic Missile with Ramjet Engine

(2016 - 2018)

Grant source: FAPDF (R$ 190.000,00)

Team: Dr. Olexiy Shynkarenko, Dr. Artem Andrianov, Dr. Carlos Alberto Gurgel Veras, Dr. Artur Elias de Moraes Bertoldi

Abstract:

O trabalho é dedicado ao projeto e desenvolvimento numérico e experimental de um míssil supersônico de alta manobrabilidade com motor estato-reator - ramjet. Hoje, ciência e tecnologia aeroespacial são uma prioridade da indústria brasileira. Neste contexto, é muito importante a pesquisa e concepção de novos dispositivos para voo, em especial mísseis de alta manobrabilidade, tipo ramjet. O míssil supersônico com motor estato-reator (ramjet), motor a jato, é um dispositivo de reação que difere de outras opções por sua eficiência, porque tem o combustível armazenado a bordo, e o outro principal componente para a combustão, o oxidante, é retirado da atmosfera, do ar. O desenvolvimento de um dispositivo como o ramjet tem aplicação direta na defesa do território brasileiro, pois pode percorrer longas distâncias em um curto intervalo de tempo. Contra medidas para o deter são extremamente difíceis pois este dispositivo voa a velocidades supersônicas.

Durante a execução do projeto, espera-se atingir a configuração ideal da balística externa e interna do sistema de modo a determinar a propulsão ótima com relação ao impulso específico e as dimensões do motor. Para a execução do projeto teórico e experimental métodos tradicionais de projeto de ramjets serão usados. Na parte teórica, a atenção será focada no estudo do escoamento externo para determinar a geometria ótima do míssil e as condições na entrada da câmera de combustão como também os processos de fluxo de gás no interior do motor, na escolha do combustível, nos processos de combustão e estabilização da frente de chama, no equilíbrio térmico do motor, e por fim na modelagem numérica dos processos de fluxos de gás no interior do motor. Também, será proposta a execução do projeto de uma bancada de testes experimentais de ramjets, o que irá permitir a realização de testes de motores protótipos no recém-criado campus Gama da Universidade de Brasília. A bancada de teste de motor tipo ramjet também pode ser usada para o processo educativo de alunos e para outros trabalhos científicos.

O tempo de duração de projeto proposto é de dois anos. Durante este período de tempo, as investigações teóricas serão realizadas no prazo de um ano, incluindo o estudo das balísticas externas e internas ao míssil, para a concepção do sistema de propulsão e o projeto da bancada. O restante do tempo será dedicado à produção da bancada e a execução dos experimentos. Também, com base em dados experimentais, será possível alterar os modelos físico-matemáticos, a fim de melhorar a precisão das simulações numéricas e reduzir os custos do projeto do míssil e dos motores estato-reator no futuro. O principal resultado do projeto é a aquisição de conhecimentos em ramjets e o teste de motores protótipos em bancada simulando condições próximas as reais. Espera-se ainda, que haja o aumento da experiência do grupo de trabalho e um amadurecimento da tecnologia.

Project videos:

1. Temperature distribution inside the inlet and the combustion chamber, simplified geometry, k-e turbulence and Gri-Mech 3 combustion model

 

2. Temperature distribution inside the inlet and the combustion chamber, detailed flame holder and injector geometry, k-e turbulence and Gri-Mech 3 combustion model.

 

3. Ramjet main burner + flame holder simulation: Non-premixed combustion, DES model. Proof of the concept tested at CPL UnB.

 

4. Ramjet main burner + flame holder simulation: Non-premixed combustion, k-o SST model. Proof of the concept tested at CPL UnB.

 

 5. Solid fuel ramjet test, based on paraffin and nylon combined grain

 

 6. Solid fuel ramjet test, based on HDPE, controlled by PID algorithm, 2-stage ignition

 

 Results: