Atividade em Aerotermodinâmica e Hipersônica no IEAv

Olá leitor!

Segue abaixo um artigo publicado na última edição da revista da Associação Aeroespacial Brasileira (AAB) destacando as atividades em Aerotermodinâmica e Hipersônica no Instituto de Estudos Avançados (IEAv) do "Comando da Aeronáutica".

Duda Falcão

Atividade em Aerotermodinâmica

e Hipersônica no IEAv

Alberto Monteiro dos Santos (*)

alberto@ieav.cta.br

Criada formalmente em agosto de 2006, a Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica do INSTITUTO DE ESTUDOS AVANÇADOS (IEAv), do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA), do Comando da Aeronáutica, tem como objetivo a realização de pesquisas e desenvolvimento em escoamentos a velocidades hipersônicas para aplicação ao vôo de veículos aeroespaciais. Na realidade, estas atividades nasceram bem antes, na década de 1980, quando as primeiras pesquisas relacionadas a escoamentos super e hipersônicos foram realizadas. Datam desta época pesquisas em lasers de dinâmica de gases e instalações para resfriamento dinâmico voltadas para estudos aplicados à separação isotópica.

No início da década de 1990 foi construído o primeiro túnel de vento hipersônico pulsado no Brasil, capaz de produzir escoamentos com velocidades de até Mach 15, tornando possível a abertura de diversas linhas de pesquisa na área. Já em dezembro de 2006 foi inaugurado o maior túnel de vento hipersônico pulsado da América Latina, em que velocidades de escoamento de até Mach 28 podem ser alcançadas.

A Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica está dividida em três subdivisões: a Subdivisão de Simulação Computacional na qual se desenvolve a modelagem de sistemas aeroespaciais e de métodos computacionais para estudos da aerotermodinâmica de sistemas hipersônicos; a Subdivisão de Técnicas de Diagnóstico onde são desenvolvidos métodos para medição de parâmetros de interesse em escoamentos hipersônicos; e a Subdivisão de Hipersônica experimental que tem por finalidade a pesquisa em túneis de choque e dispositivos que permitam a geração de escoamentos hipersônicos. Atualmente, são conduzidas quatro linhas de pesquisa principais.

A primeira delas envolve o estudo do comportamento aerodinâmico de veículos aeroespaciais em vôos a velocidades hipersônicas, como, por exemplo, a reentrada na atmosfera do SARA, satélite recuperável desenvolvido pelo Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) do DCTA.

O desenvolvimento do Veículo Hipersônico 14-X tem por objetivo demonstrar o funcionamento de um Estato-Reator a Combustão Supersônica (“scramjet”) em vôo atmosférico, capaz de atingir velocidades até Mach 10. A aerodinâmica de um modelo do 14-X que aplica a tecnologia “waverider”, já foi testada com sucesso em túnel de vento hipersônico do Laboratório de Aerotermodinâmica e Hipersônica Prof. Henry T. Nagamatsu. Basicamente, um veículo hipersônico “waverider” utiliza a onda de choque formada no seu intradorso para gerar sustentação, além de comprimir ao ar que é dirigido à câmara de combustão.

Os principais desafios tecnológicos que são freqüentemente temas de pesquisas nessa área são, entre outros, os sistemas de propulsão hipersônica, de proteção térmica, de controle de vôo e de telemetria. Incluem-se nos trabalhos desenvolvidos a aplicação de modelamentos utilizando CFD (“Computational Fluid Dynamics”) e de técnicas de análise não intrusivas para a visualização de escoamentos (“schlieren”) e para determinação de parâmetros na câmara de combustão do veículo.

A terceira linha de pesquisa se refere ao estudo da adição de energia a escoamentos hipersônicos para redução do arrasto aerodinâmico em vôos. Experimentos realizados em túnel de vento hipersônico mostraram que a focalização de um feixe de laser à frente de um modelo reduz em cerca de 50% o arrasto aerodinâmico produzido por um escoamento de ar em velocidades hipersônicas incidindo sobre o modelo. A adição de energia pode ser realizada não só por meio de lasers mas por outros tipos de fonte de calor, como fontes geradoras de microondas. A simulação destes processos por meio da aplicação de métodos matemáticos para o modelamento do fenômeno é realizada na Divisão.

Como decorrência destes experimentos de interação de lasers com escoamentos, foram iniciados estudos sobre propulsão a laser. Diferentemente dos foguetes convencionais, que carregam o combustível e comburente, o veículo impulsionado a laser não carrega nenhum desses componentes e a fonte propulsora, o laser, fica baseada em terra. Deste modo, a carga útil em um lançamento pode atingir cerca de 50% do peso de decolagem.

Os objetivos da Divisão para os próximos anos consideram o lançamento de um modelo com combustão supersônica (14-X) e a construção de um protótipo de veículo propulsionado a laser. Estima-se que estes dois objetivos deverão ser alcançados em cerca de quatro anos.

(*) Alberto Monteiro dos Santos é servidor da Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica do Instituto de Estudos Avançados (IEAv)

Fonte: Revista da Associação Aeroespacial Brasileira (AAB) - núm 05 - Jul-Set de 2010 - Pág. 03

Comentário: Há de se destacar leitor que essas tecnologias que serão empregadas no demonstrador hipersônico 14-X e no demonstrador a laser, são ainda tecnologias de vanguarda, ou seja, tecnologias que só serão uteis para o PEB daqui a vinte ou trinta anos. No entanto, são tecnologias muito importantes para o futuro de nosso programa espacial que o Brasil vem tentando desenvolver e acompanhar o desenvolvimento que vem sendo realizado em outros países, sendo a Universidade de Queensland, na Austrália, o centro líder nas pesquisas de combustão hipersônica ar aspirado. Vale lembrar leitor que inclusive uma comissão do IEAv/IAE esteve nesta universidade (veja a nota “Comitiva do IEAv/IAE Visita a Universidade de Queensland”) visitando o Centro de Hipersônica entre os dias 13 e 17 de dezembro de 2010 buscando formas de cooperação em futuras pesquisas e ensaios em vôo de veículos hipersônicos. Deixando de lado o que já foi abordado aqui no blog, certamente vem mais coisas por ai.