Última alteração: 2013-11-20
Resumo
Introdução: Existe um grande interesse mundial em desenvolver veículos transatmosféricos, mais eficientes que foguetes, que sejam capazes de decolar e pousar em aero-espaço-portos. Neste cenário, a Aeroespaçonave Hipersônica 14-X, em desenvolvimento no IEAv / DCTA, tem como objetivo a demonstração em voo de um waverider com um sistema de propulsão hipersônica aspirada (scramjet). No entanto, um dos desafios do motor scramjet é realizar injeção, mistura e combustão estáveis e eficientes num fluxo de ar supersônico dentro de um combustor de tamanho razoável. Para atender a este desafio, estamos desenvolvendo na UFABC, em colaboração com o IEAv, um novo tipo de tecnologia, que tem a intenção de utilizar radiação laser para induzir, assistir, controlar e manipular o mecanismo de combustão supersônica de um motor scramjet. Objetivo: O principal objetivo desta primeira fase de desenvolvimento foi obter a fundamentação teórica sobre interação escoamento-laser, combustão supersônica induzida a laser e tecnologias de laser, visando permitir simulações em CFD e experimentos com combustão supersônica assistida a laser com um ignitor a laser. Metodologia: Foi realizada revisão bibliográfica relacionada a tecnologias laser, mecânica quântica, óptica, mecânica dos fluidos, análise dimensional, combustão supersônica assistida a laser, da tecnologia scramjet e do projeto 14-X. Resultados: Obtivemos os principais aspectos físicos, relativos a mecânica quântica e mecânica dos fluídos, que devem reger a eficiência da interação entre o laser e a combustão supersônica. Somado a isso, determinamos condições preliminares para um ignitor a laser embarcado no 14-X. Ademais, analisamos a viabilidade do desenvolvimento de um ignitor a laser embarcado, considerando o estado da arte atual da tecnologia laser. Com isso, identificamos três tecnologias de laser potenciais para testes em laboratório. Por fim, obtivemos uma relação funcional preliminar, visando desenvolver uma expressão analítica para a eficiência de combustão supersônica assistida a laser em scramjets. Conclusão: Obtivemos um background teórico satisfatório referente aos temas estudados, possibilitando o início da próxima fase de desenvolvimento de um ignitor a laser embarcado para o 14-X. Agora, pretendemos iniciar simulações de CFD e testes experimentais de ignição a laser dentro do scramjet 14-X no IEAv. Embora ainda exista muito trabalho a fazer, as perspectivas para este desenvolvimento parecem boas.