Desenvolvimento de uma balança de empuxo para propulsores elétricos - Marcelo Renato Anselmo (2017)
Os testes de caracterização de propulsores buscam a obtenção de parâmetros de desempenho, tais como empuxo, impulso e impulso específico. Para isto, foi desenvolvida uma balança de empuxo para propulsores de plasma pulsado (PPTs, Pulsed Plasma Thrusters), com faixa de medição de impulso entre 14 e 79 $μ$N·s e resolução mínima de 0,05 e máxima de 0,10 $μ$N·s, necessária para a caracterização inequívoca destes propulsores elétricos. A técnica de medição direta, na qual o propulsor é montado sobre a balança de empuxo, é considerada a mais adequada e precisa para aplicações com PPTs, permitindo a medição de baixos valores de empuxo ($\sim$ 1 $μ$N). A balança de empuxo pode ter a configuração de um pêndulo de suspensão, pêndulo invertido ou pêndulo de torção. A configuração de pêndulo de torção foi utilizada devido às suas principais vantagens como relativa simplicidade de construção e custo reduzido. Além disso, essa configuração permite que a força de restauração da balança de empuxo seja independente da massa do propulsor, pois seu eixo de rotação é paralelo ao vetor da força gravitacional. O uso de pivôs de torção de baixa rigidez fez com que a balança pudesse ser mais compacta, com um braço de torção menor. Um dispositivo de calibração eletrostática foi projetado e construído para simular o empuxo de PPTs, calibrar a balança de empuxo e permitir futuros testes da balança com propulsores de plasma pulsado de dupla descarga (DD-PPT, Double Discharge Pulsed Plasma Thrusters), desenvolvidos no Laboratório Associado de Combustão e Propulsão do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais. A balança projetada apresentou um erro máximo na medição de impulso de 10 %, abaixo da faixa de valores de 12 a 15 %, típicos para este tipo de balança de empuxo.