Análise numérica do escoamento na seção de captura de ar de um demonstrador scramjet - Araújo, Jonatha Wallace da Silva (2019)
O uso de propulsão aspirada baseada em combustão supersônica (tecnologia scramjet) é visto atualmente no setor aeroespacial como uma aplicação promissora na área de acesso ao espaço. As principais vantagens da utilização dessa tecnologia comparada aos atuais sistemas de propulsão aeroespacial são a não necessidade de transporte do oxidante, o que propicia uma redução do peso do veículo, e um impulso específico relativamente maior que os motores – foguetes convencionalmente adotados. Motores scramjet são sistemas de propulsão aspirada sem partes móveis. Tais sistemas utilizam ondas de choque estabelecidas sobre a estrutura para comprimir e desacelerar o escoamento de ar atmosférico criando condições termodinâmicas adequadas para que a combustão da mistura ar - combustível ocorra em velocidade supersônica na câmara de combustão do veículo, propiciando uma posterior expansão dos gases e geração de impulso. Nesse trabalho, as abordagens analítica e numérica foram aplicadas ao projeto da seção de captura de ar de um demonstrador scramjet construído para demonstração da tecnologia da combustão supersônica, através de um voo atmosférico acoplado a motor foguete em velocidade correspondente a número de Mach 6,8 na altitude geométrica de 30 km. Simulações computacionais do escoamento (invíscido e viscoso) foram utilizadas para verificar características do escoamento sobre o modelo desenvolvido. As simulações com escoamento invíscido foram comparadas com a teoria analítica correspondente. O modelo de escoamento invíscido foi inicialmente utilizado a fim de apresentar aspectos geométricos tais como a captura de ondas de choque bem como para uma avaliação aerotermodinâmica, posteriormente o modelo de turbulência k-kl-omega foi utilizado para o modelamento do escoamento viscoso propiciando a adequação da geometria do modelo em decorrência de fenômenos associados à interação de ondas de choque com a camada limite viscosa.