DIEGO FERNANDO MORO ANÁLISE DOS MOTORES NETUNO-R DO TE DE 14/11/2015
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- Tânia Vasques
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1 DIEGO FERNANDO MORO ANÁLISE DOS MOTORES NETUNO-R DO TE DE 14/11/2015 Relatório do grupo de pesquisa CFD, propulsão e aerodinâmica de foguetes, Setor de Tecnologia da Universidade Federal do Paraná. CURITIBA NOV 2015
2 SUMÁRIO 1 Dados relevantes dos Netuno-R e do TE Análise com o aplicativo Curva_Empuxo NR-4 (X) Curva de empuxo Pressão de estagnação Coeficiente de empuxo Velocidade de ejeção efetiva Fluxo de massa NR-5 (&) Curva de empuxo Pressão de estagnação Coeficiente de empuxo Velocidade de ejeção efetiva Fluxo de massa NR-6 (G) Curva de empuxo Pressão de estagnação Coeficiente de empuxo Velocidade de ejeção efetiva Fluxo de massa Análise com o aplicativo Empuxo NR-4 (X) Grão Tubular Curva de empuxo Pressão de estagnação Velocidade de ejeção efetiva Fluxo de massa NR-4 (X) Grão totalmente desinibido Curva de empuxo Pressão de estagnação Velocidade de ejeção efetiva Fluxo de massa NR-5 (&) Grão Tubular... 17
3 Curva de empuxo Pressão de estagnação Velocidade de ejeção efetiva Fluxo de massa NR-5 (&) Grão totalmente desinibido Curva de empuxo Pressão de estagnação Velocidade de ejeção efetiva Fluxo de massa NR-6 (G) Grão Tubular Curva de empuxo Pressão de estagnação Velocidade de ejeção efetiva Fluxo de massa NR-6 (G) Grão totalmente desinibido Curva de empuxo Pressão de estagnação Velocidade de ejeção efetiva Fluxo de massa Comparações teórico (Empuxo 1p4) Experimental (Curva_Empuxo 3p1) Tabelas comparativas Impulso total Força de empuxo máxima Tempo de queima do propelente Força de empuxo média Pressão de estagnação máxima Pressão de estagnação média Comparação dos resultados deste trabalho (TE de 14/11/2015) com os resultados do trabalho anterior (TE de 24/10/2015) Discussão e conclusões... 27
4 4 1 DADOS RELEVANTES DOS NETUNO-R E DO TE tabela abaixo. Os dados mais relevantes do TE dos Netuno-R no dia 14/11/2015 estão presentes na Tabela 1 Dados relevantes sobre o TE dos Netuno-R de 14/11/2015 Envólucro X - NR4 & - NR5 G - NR6 OBS Acetona Prensado Prensado Tubeira Al-G Al-A CL hora 15:02 15:09 15:15 Tatm ( C) 28,1 28,1 28,1 patm (kpa) 90,36 90,35 90,36 Dg (mm) 12,35 11,98 11,62 Ds (mm) 39,57 39,02 - mr (g) 12,3 6,8 8,6 mp(g) ,7 106,3 mej(g) 85,7 97,9 97,7 Di (mm) 38,1 38,1 38,1 Da (mm) 25,45 25,45 25,45 Lg (mm) vol (m3) 8,33E-05 8,78E-05 8,27E-05 rop (Kg/m3) ANÁLISE COM O APLICATIVO CURVA_EMPUXO 3.1 Neste item são mostrados os resultados da curva de empuxo dos motores Netuno-R com o aplicativo Curva_Empuxo 3.1 aplicando a hipótese de expansão até a garganta. A definição da curva de empuxo é igual aquela definida no item 1 da análise do TE de 24/10/2015 dos Netuno-R. A tabela resumindo os resultados dos motores está mostrada abaixo. Motor NR-4 (X) NR-5 (&) NR-6 (G) It (Ns) 48,50 62,60 69,47 Emax(N) 123,64 97,19 96,78 tqp (s) 1,10 1,01 1,13 pmax (bar) 9,51 8,07 8,50 pmed (bar) 3,88 5,43 5,68
5 5 A seguir serão mostrados os principais campos obtidos pelo aplicativo Curva_Empuxo 3.1 para cada um dos três motores testados. 2.1 NR-4 (X) Curva de empuxo Pressão de estagnação
6 Coeficiente de empuxo Velocidade de ejeção efetiva
7 Fluxo de massa 2.2 NR-5 (&) Curva de empuxo
8 Pressão de estagnação Coeficiente de empuxo
9 Velocidade de ejeção efetiva Fluxo de massa
10 NR-6 (G) Curva de empuxo Pressão de estagnação
11 Coeficiente de empuxo Velocidade de ejeção efetiva
12 Fluxo de massa 3 ANÁLISE COM O APLICATIVO EMPUXO 1.4 Neste item são mostrados os resultados da curva de empuxo dos motores Netuno-R com o aplicativo Empuxo 1.4. A tabela resumindo os resultados dos motores está mostrada abaixo. Grao = 2, Tubular Grao = 3, Desinibido Motor NR-4 (X) NR-2 (&) NR-3 (G) It (Ns) 51,68 59,50 62,77 Emax (N) 38,11 46,42 50,79 tqp (s) 2,020 1,878 1,797 c (m/s) 527,2 568,3 590,6 pmax (bar) 3,426 4,156 4,667 pmed (bar) 2,570 3,116 3,498 It (Ns) 69,04 76,28 78,88 Emax (N) 111,7 131,9 143,0 tqp (s) 0,684 0,640 0,614 c (m/s) 704,4 728,6 742,2 pmax (bar) 7,950 9,587 10,80 pmed (bar) 7,258 8,729 9,767
13 13 A seguir serão mostrados os principais campos obtidos pelo aplicativo Empuxo 1.4 para cada um dos três motores testados. 3.1 NR-4 (X) GRÃO TUBULAR Curva de empuxo Pressão de estagnação
14 Velocidade de ejeção efetiva Fluxo de massa
15 NR-4 (X) GRÃO TOTALMENTE DESINIBIDO Curva de empuxo Pressão de estagnação
16 Velocidade de ejeção efetiva Fluxo de massa
17 NR-5 (&) GRÃO TUBULAR Curva de empuxo Pressão de estagnação
18 Velocidade de ejeção efetiva Fluxo de massa
19 NR-5 (&) GRÃO TOTALMENTE DESINIBIDO Curva de empuxo Pressão de estagnação
20 Velocidade de ejeção efetiva Fluxo de massa
21 NR-6 (G) GRÃO TUBULAR Curva de empuxo Pressão de estagnação
22 Velocidade de ejeção efetiva Fluxo de massa
23 NR-6 (G) GRÃO TOTALMENTE DESINIBIDO Curva de empuxo Pressão de estagnação
24 Velocidade de ejeção efetiva Fluxo de massa
25 25 4 COMPARAÇÕES TEÓRICO (EMPUXO 1P4) EXPERIMENTAL (CURVA_EMPUXO 3P1) Foram feitas tabelas de comparações entre os resultados teóricos utilizando o aplicativo Empuxo_1p4 e os resultados experimentais, utilizando o código Curva_Empuxo 3p1. As variáveis de interesse experimental foram comparadas entre as duas formas de grão teórico (o grão tubular e o grão totalmente desinibido), estas variáveis de interesse foram: Impulso Total, força de empuxo máxima, Tempo de queima, força de empuxo média, pressão de estagnação máxima e pressão de estagnação média. 4.1 TABELAS COMPARATIVAS Impulso total It / Motor NR-4 (X) NR-5 (&) NR-6 (G) Tubular 51,68 59,50 62,77 Experimental 48,50 62,60 69,47 Desinibido 69,04 76,28 78, Força de empuxo máxima Emax / Motor NR-4 (X) NR-5 (&) NR-6 (G) Tubular 38,11 46,42 50,79 Experimental 123,6 97,19 96,78 Desinibido 111,75 131,9 143, Tempo de queima do propelente tqp / Motor NR-4 (X) NR-5 (&) NR-6 (G) Tubular 2,020 1,878 1,797 Experimental 1,100 1,010 1,130 Desinibido 0,684 0,640 0,614
26 Força de empuxo média Emed / Motor NR-4 (X) NR-5 (&) NR-6 (G) Tubular 25,59 31,69 34,94 Experimental 44,09 61,98 61,48 Desinibido 101,0 119,3 128, Pressão de estagnação máxima pmax / Motor NR-4 (X) NR-5 (&) NR-6 (G) Tubular 3,426 4,156 4,667 Experimental 9,513 8,072 8,499 Desinibido 7,950 9,587 10, Pressão de estagnação média pmed / Motor NR-4 (X) NR-5 (&) NR-6 (G) Tubular 2,570 3,116 3,498 Experimental 3,884 5,426 5,678 Desinibido 7,258 8,729 9,767 5 COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS DESTE TRABALHO (TE DE 14/11/2015) COM OS RESULTADOS DO TRABALHO ANTERIOR (TE DE 24/10/2015) Os resultados experimentais obtidos neste trabalho serão comparados nesta seção com os resultados do trabalho anterior, do TE de 24/10/2015. As variáveis de interesse são idênticas à seção anterior. Na tabela abaixo: A descrição Acetona se refere ao motor NR-3 (G) no TE anterior (24/10/2015) e ao motor NR-4 (X) no TE atual (14/11/2015); Comp. se refere ao NR-1 (X)
27 27 no TE anterior e ao NR-5 (&) no TE atual e finalmente Comp. + se refere ao NR-2 (&) no TE anterior e ao NR-6 (G) no TE atual. Acetona Comp. Comp. + TE Anterior 29,76 29,32 54,15 TE Atual 48,50 62,60 69,47 It (N.s) TE Anterior 159,19 37,74 66,50 TE Atual 123,64 97,19 96,78 Emax (N) TE Anterior 1,13 1,64 1,17 TE Atual 1,10 1,01 1,13 tqp (s) TE Anterior 26,34 17,88 46,28 TE Atual 44,09 61,98 61,48 Emed (N) TE Anterior 9,21 3,44 6,09 TE Atual 9,51 8,07 8,50 pmax (bar) TE Anterior 2,18 2,05 4,47 TE Atual 3,88 5,43 5,68 pmed (bar) 5.1 DISCUSSÃO E CONCLUSÕES Os motores feitos simplesmente compactados com a peça de prensagem improvisada permite que seja possível obter impulso total maior que o feito apenas com acetona. No TE deste trabalho este aumento no Impulso Total foi de 29,1 a 43,3% no caso da comparação do motor NR-4 (X) com NR-5 (&) e NR-6 (G) respectivamente. Comparando os resultados do TE deste trabalho (14/11/2015) com o TE do trabalho anterior (24/10/2015) foi possível aumentar o impulso total do melhor motor testado no TE anterior em comparação ao melhor motor do TE atual em 28,3%.
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