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Projeto Jupiter (ver código-fonte)
Edição das 20h21min de 13 de dezembro de 2021
, 20h21min de 13 de dezembro de 2021Jupiter 2.0
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* Discussões sobre como implementar o experimento - inicialmente em CAD e, mais tarde, manufaturado; | * Discussões sobre como implementar o experimento - inicialmente em CAD e, mais tarde, manufaturado; | ||
* Pesquisas não só sobre o tema do experimento, como também para escolha de sensores que possibilitem a obtenção de dados relevantes; | * Pesquisas não só sobre o tema do experimento, como também para escolha de sensores que possibilitem a obtenção de dados relevantes; | ||
== Propulsão == | |||
A área de Propulsão é responsável pela projeção, fabricação e testes dos motores embarcados nos foguetes do Projeto Jupiter. Cada projeto de motor leva em consideração a energia oferecida pela combustão do propelente (“combustível”), impulsionando o foguete até a altitude determinada pela trajetória planejada. | |||
A evolução da área foi acompanhada por diferentes projetos de motores, os quais se dividem com base no tipo de propelente utilizado: sólidos ou híbridos. | |||
Inicialmente, o primeiro motor sólido da equipe, batizado de “Kappa”, foi construído com base no projeto aberto de um entusiasta norte americano de foguetes amadores, [https://www.nakka-rocketry.net/ Richard Nakka]. O segundo motor sólido, nomeado “Lazarus”, foi o primeiro motor inteiramente projetado, fabricado e testado pela equipe, sendo embarcado no foguete “Nabo I” na IREC 2016. Aumentando a potência para classe M, surgiu o motor sólido “Mandioca”, inovando na fabricação e teste de seus componentes durante a campanha de lançamento no CLBI do foguete “Imperius” na COBRUF 2017. | |||
Para a realização de testes em foguetes menores (denominados “minifoguetes”), projetou-se o motor “Jibóia” de classe J, o qual foi embarcado nos minifoguetes “Euporia I e II” em 2018. Seguindo na linha de minifoguetes para competição, o motor classe K, “Keron”, destaca-se pela sua replicabilidade pela equipe nos minifoguetes de teste “Caldene” (2018) e “Temisto” (2020), além do foguete “Valetudo” da LASC 2019. | |||
Por fim, dois motores estão em desenvolvimento atual pela equipe: o motor híbrido de classe M “Marimbondo”, projeto principal da área nos últimos ciclos; e o motor sólido classe M “Menotti”, substituto do motor “Marimbondo” para competições futuras. | |||
A equipe de propulsão realiza diversas atividades para fabricar, simular e testar o motor. Cada trabalho realizado exige esforço e estudo dos membros da área. Abaixo seguem listados algumas destas atividades: | |||
=== Fabricação de propelentes === | |||
Os propelentes são a base de funcionamento do motor. Formados por combustível e oxidante, essa é a mistura cuja queima irá impulsionar o foguete até o apogeu projetado. Nesta área, utilizam-se principalmente dois tipos de propelente: sólido e híbrido. O primeiro, usado em todos os foguetes já lançados até então, é formado por uma combinação de sorbitol [combustível] (popularmente conhecido como açúcar de confeiteiro) e nitrato de potássio [oxidante] (obtido pela purificação de fertilizante) em proporção específica para maximizar sua eficiência. Já o segundo, adotado mais recentemente, é formado por uma combinação de parafina [combustível] (o mesmo material de velas comuns) e óxido nitroso [oxidante] (popularmente conhecido como gás do riso). A ignição conjunta destes gera, dentro do motor, um aumento de pressão que leva à uma rápida expulsão de gases. Essa expulsão é justamente o que, por ação e reação, produz o impulso desejado. | |||
=== Fabricação de componentes === | |||
A equipe de propulsão também é responsável pela fabricação dos componentes dos motores projetados. Para tanto, apropria-se de técnicas de manufatura e usinagem para fabricar componentes como a câmara de combustão, o bocal (conhecido como “nozzle”), o bulkhead (peça de conexão do motor com o restante do foguete) e o injetor de oxidante (exclusivo do motor híbrido). | |||
=== Simulações numéricas === | |||
A equipe desenvolve simulações numéricas em linguagens como Python e Excel, a fim de calcular parâmetros importantes do motor como pressão na câmara, temperatura, empuxo médio e impulso total. Para o motor híbrido, também é simulado o processo de abastecimento do tanque de óxido nitroso. Alguns dos principais códigos desenvolvidos estão na [https://github.com/Projeto-Jupiter/ página do GitHub da equipe]. | |||
=== Simulações por elementos finitos === | |||
Parte da validação do projeto é feita através de simulações por elementos finitos, com a utilização do software Ansys. A equipe realiza análises estruturais dos componentes do motor, garantindo que cada peça esteja corretamente projetada. Adicionalmente, promove-se simulações de escoamento em torno do nozzle (também conhecido como bocal), peça de extrema importância no funcionamento do motor. | |||
=== Testes práticos === | |||
Testes práticos são uma parte fundamental para assegurar a confiabilidade de tudo desenvolvido pela área (“no mundo real” e não apenas “no mundo das simulações”). Dentre os principais testes realizados temos o de ignição, o teste hidrostático e o teste estático. | |||
O teste de ignição é um teste qualitativo que verifica se o propelente preparado de fato queima como esperado e dentro do tempo projetado. O procedimento consiste na simples ignição de um único grão de propelente. Já no teste hidrostático, o motor é preenchido com água, de forma a pressurizá-lo em 1,5x do valor de pressão esperado durante o lançamento. Testa-se assim, de maneira prática e segura, a integridade estrutural do motor. | |||
Por fim, tem-se o teste estático, que é realizado para medir, na prática, o impulso do motor ao longo do tempo. Este teste é fundamental para avaliar o funcionamento do motor e validar o projeto. O motor é montado de forma invertida ou paralelo ao chão (“apontado para o chão” ou “deitado”); em uma estrutura de sustentação para mantê-lo fixado. Na parte oposta a da liberação das chamas é colocado o instrumento de medição de força (célula de carga). Com a ignição do motor, coletam-se dados do impulso do motor, promovendo assim uma curva impulso x tempo, chamada curva de empuxo. | |||
A fim de melhorar a passagem de conhecimento teórico, a equipe desenvolveu várias apostilas e documentos que auxiliam os membros veteranos e ingressantes na realização de seus trabalhos. Estes abrangem desde a introdução teórica de foguetes híbridos e sólidos até a manufatura e design de peças e propelente. Dentre elas, uma de nossas apostilas, chamada de [http://www.nakka-rocketry.net/articles/RocketElementsHandout.pdf “Fundamentos de propulsão sólida de foguetes”], foi publicada em uma das nossas principais referências, Richard Nakka. | |||