Investigação da indução de engasgamento em tubeira DeLAVAL para motor-foguete por intermédio do prolongamento da garganta

• Main Author: Izola, Dawson Tadeu
• Other Authors: Greco Junior, Paulo Celso
• Format: Others
• Language: pt
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2013
• Subjects: Bocal DeLaval; DeLaval nozzle; Motor-foguete; Nozzles; Rocket motor; Tubeira
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18148/tde-16022018-143941/

A condição ótima de funcionamento de uma tubeira em um motor foguete com escoamento isentrópico, implica que a velocidade na garganta (seção de menor área) seja equivalente à velocidade do som local, condição de Mach 1 e bocal engasgado. Pode-se alcançar essa condição reduzindo a área da seção do escoamento até a área crítica, velocidade sônica. Após a garganta acontece a expansão e se alcança velocidades supersônicas no divergente. Para manter a condição de Mach 1 na garganta em motores foguetes, trabalha-se com pressões superiores à necessária para se engasgar o bocal. Isto ocorre porque tenta-se compensar instabilidades ou variações de volumes produzidos na combustão ou queima. Usando uma pressão de trabalho maior, impõe-se que a condição de Mach 1 fique mantida durante toda a queima do combustível, isso implica em usar tubos mais resistentes à pressão e maior massa do tubo-motor. Observou-se experimentalmente que em algumas situações construtivas se podem modificar a pressão e temperatura necessárias para engasgar o bocal aumentando o comprimento da garganta. O comprimento do estrangulamento pode estabelecer uma condição para formação e evolução da camada limite e esta condição restringir a área nominal, modificando o regime do escoamento. Um equipamento especialmente desenvolvido para esse ensaio compara resultados de cinco modelos de motores, divididos em dois grupos, cada grupo com áreas de entrada, garganta e saída iguais, porém com comprimentos diferentes de garganta. Em análise experimental, observou-se que a pressão de trabalho e a temperatura são influenciadas pelo comprimento da garganta, interferindo na relação entre as pressões internas e de garganta e apresentando condições de engasgamento mensuráveis. Essas medidas foram conduzidas no presente estudo de doutorado. === The optimum operational condition of a rocket motor nozzle with isentropic flow implies that the velocity at the throat (the section with smallest area) is equivalent to the speed of the local sound. This speed is also called Mach 1 and it is said that at this condition the nozzle is choking. One can achieve this condition by reducing the cross-sectional area of the flow to the critical area resulting in a sonic speed. Beyond the nozzle throat, in the divergent section of the motor, flow expansion occurs and reaches supersonic speeds. To maintain the condition of Mach 1 at the throat, higher pressures than the one necessary to choke the nozzle are applied. This practice is done in order to compensate for jitter or variations of volumes produced in the combustion process. Using a higher operating pressure guarantees that a Mach 1 speed is maintained throughout the combustion process. Consequently, due to this higher operating pressure, more resistant tubes are needed to withstand this higher pressure and an increase in the motor weight is inevitable. It was observed experimentally that some constructional modifications of the motor can alter the pressure and temperature required for choking. This was noted with increasing the bottleneck length of the nozzle throat which was able to establish a condition for the formation and evolution of the boundary layer, restricting the nominal area and thus modifying the flow regime. In this study, the results of five engine models are compared using a specially designed equipment. The rockets were divided into two groups, each with equal inlet, throat, and exit areas, but having different throat lengths. In experimental analysis, it was observed that the working pressure and temperature are influenced by the length of the throat, interfering in the relationship between the internal pressures and throat presenting measurable choking conditions which were conducted in this doctorate thesis study.