Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica (EAH) · Projetos de Pesquisa “Aerotermodinâmica...

Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica (EAH)

0.3636910.72738

1.818452.18215

2.90953

3.63691

X (m)

Y(m

)

0 2.5E-06 5E-06 7.5E-06 1E-050

1E-06

2E-06

3E-06

4E-06

5E-06

Mach Number


Objetivos da Divisão:

Executar atividades de simulação computacional e em laboratório do vôo de veículos aeroespaciais


História:

- 1960: Tese de Mestrado no ITA utilizando tubo de choque

- Velocimetria com lasers

TG no ITA (escoamentos subsônicos) - Ten Cel Sala

Tese de Mestrado (escoamentos supersônicos) -Vladimir Airoldi

- 1981: Projeto JAVARI-2 - Resfriamento dinâmico em tubeira


- 1986 - Transformação do tubo de choque do ITA em túnel de choque (Mach 6) - Túnel T1

Tese de Mestrado (laser de dinâmica de gases) - Ten Cel Sala

- 1987 a 1991 - Doutorado Ten Cel Sala - SCRAMJET

- dez 1992 - Início de operação do túnel de choque T2

- 2006 - Conclusão da montagem to túnel T3

- 1995 - Início de operação do Zarabatana (SCRAMJET com combustão externa) - Mach 10 (final de 1997)


- Subdivisão de Hipersônica Experimental tem por finalidade a pesquisa em túneis de choque e dispositivos que permitam a geração de escoamentos hipersônicos.

- Subdivisão de Simulação Computacional realiza pesquisa e desenvolvimento da modelagem de sistemas aeroespaciais e de métodos computacionais para estudos da aerotermodinâmica de sistemas hipersônicos.

- Subdivisão de Técnicas de Diagnóstico tem por objetivo a pesquisa e o desenvolvimento de técnicas de diagnóstico para medição de parâmetros de interesse em escoamentos hipersônicos.


Subdivisão de Hipersônica Experimental

Objetivo: Desenvolvimento de técnicas experimentais no campo da aerotermodinâmica hipersônica de alta performance, envolvendo:• Conhecimento dos fenômenos físico-químicos envolvendo

escoamento em hipervelocidade;• Programa Espacial Brasileiro;• Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) em sistemas propulsivos a ar

aspirado para futuros veículos espaciais hipervelozes, em apoio à áreas estratégicas eleitas pelos Ministérios da Defesa e da Ciência e Tecnologia (Hipervelocidade; Propulsão com Ar Aspirado e Dinâmica dos Fluidos Computacional).


Laboratório de

Aerotermodinâmica e Hipersônica


Túnel de Vento Hipersônico Pulsado, T1


Acelerador Hipersônico de Massa

ZARABATANA


Pesquisa e Desenvolvimento

• Aerotermodinâmica de Veículos em Velocidades Hipersônicas

• Sistemas de Propulsão Aspirada Hipersônica

• Controle de Escoamento via Radiação Eletromagnética


Projetos com Financiamento


“Aerotermodinâmica de Veículos Espaciais em Reentrada Atmosférica”

Coordenador: Dr. Paulo Gilberto de Paula Toro

Período: Outubro 2004/Setembro 2006

Caracterização dos fenômenos termo-físicos das interações entre superfície externa de veículos espaciais (em vôo descendente em velocidade hipersônica) e atmosfera terrestre.


Sensores de Fluxo de CalorDriver

SectionDrivenSection

Diaphragm

ExpansionWave

4

ContactSurface

IncidentShock

ReflectedShock

5

2

13

X

t

Tubo de ChoqueFilme Fino de Platina

Termopares Coaxiais


“Demonstrador de Veículo a Propulsão a Laser”

Coordenador: Dr. Marco Antonio Sala Minucci

Período: 2006/2009

• Desenvolvimento de laser de CO2 pulsado, 150 J por pulso;

• Desenvolvimento de modelo de veículo satelizador;

• Desenvolvimento de experimento de Propulsão a Laser.


“Acelerador Hipersônico de Massa”

COMAER (Comando da Aeronáutica )

Coordenador: Dr. Marco Antonio Sala Minucci

Período: 2001/2007

Desenvolvimento de veículo acelerador hipersônico capaz de produzir velocidades terminais iguais ou superiores a 8 km/s utilizando combustão/detonação


“Investigação Experimental Preliminar em Combustão Supersônica”


Período: 2005/2007

Desenvolvimento de um motor (veículo aeroespacial com motor integrado), utilizando tecnologia de combustão supersônica (scramjet) com aplicação em sistema de propulsão aspirada hipersônica


“Capacitação de Recursos Humanos para Desenvolvimento de Estato-Reator a Combustão Supersônica ”

C A P E S


Período: 2006/2009

Realizar experimento em vôo atmosférico de um demonstrador tecnológico, em velocidade acima de 1,5 km/s e altitude de aproximadamente 30 km, utilizando estato-reator a combustão supersônica


“Demonstrador Tecnológico de Estato-Reatora Combustão Supersônica”


Período: 2006/2010

Recursos utilizados em bolsas de doutorado e mestrado, em desenvolvimentos de pesquisa na tecnologia de combustão supersônica no Laboratório de Aerotermodinâmica e Hipersônica


Progressos – Formação Recursos Humanos

Curso: Tubos/Túneis de Choque

INPE/IEAv 2006

Marco Antonio Sala Minucci


Turma 2006 Curso: Tubos/Túneis de Choque


Progressos - Recursos Humanos

Pós-Doutorado: Leila Ribeiro dos Santos. "Medições de Temperatura em Gases da Exaustão no Estato-Reator a Combustão Supersônica utilizando Espectroscopia de Absorção com Laser de Diodo Sintonizável". FAPESP. 2006-2008.


Progressos - Recursos Humanos - Doutorado

Antonio Carlos de Oliveira. "Estudo Teórico e Experimental de Geração de Plasma por Laser em Escoamento Hipersônico de Baixa Densidade". INPE. Término: 2006.

Anton Skyrda Veríssimo. “Análise da Combustão Supersônica Utilizando Técnica de Diagnóstico PLIF”. CAPES. 2006-2010. INPE.

Francisco Augusto Aparecido Gomes. "Levantamento do Envelope de Operação do Túnel de Vento Hipersônico Pulsado Visando Desenvolvimento de Investigação em Estato-Reator a Combustão Supersônica". FAPESP. 2006-2009. ITA/CTA.


Progressos - Recursos Humanos - MestradoAndré Luiz Pereira. “Análise Estrutural Túnel de Choque Hipersônico”. Término: 2006. ITA/CTA. Roberta Lee Maciviero Alcaide. “Investigação da Combustão Supersônica em Túnel de Choque Hipersônico”. 2006-2008. CAPES. ITA/CTA.Tiago Cavalcanti Rolim. "Estudo Preliminar da Configuração de um Veículo waverider visando Demonstrador Tecnológico de Estato-Reator a Combustão Supersônica". 2006-2008. ITA/CTA.

Herli Brazolin. "Estudo de Desenvolvimento de um Laser de CO2 de Alta Potência". CAPES. 2006-2008. ITA/CTA.


Pesquisa Propulsão a Combustão Supersônica


Pesquisa: Propulsão a Combustão Supersônica


Progressos: Túnel de Vento Hipersônico Pulsado T3


Pesquisa: Controle de Escoamento via Laser


Subdivisão de Simulação Computacional

(EAH-C)


Subdivisão de Simulação Computacional (EAH-C)

Objetivo: Desenvolvimento de modelos e métodos computacionais para auxílio à pesquisa experimental e a projetos de sistemas aeroespaciais hipersônicos. A EAH-C também atua em outras atividades da área aeroespacial de interesse do Comando da Aeronáutica.

Equipe: Mauricio, Francisco Rocamora e Wilson



Linhas de Pesquisa:

1. Dinâmica de gases a altas temperaturas e velocidades (hipersônicos) em meios contínuos e rarefeitos;

2. Escoamentos com mudança de fase (liquido/vapor);

3. Escoamentos turbulentos em meios porosos;

4. Filtros computacionais para rastreamento de veículos espaciais;

5. Estabilidade de Sistemas e Problemas Inversos.


Subdivisão de Simulação Computacional (EAH-C)Projetos de Pesquisa

“Aerotermodinâmica de Veículos Espaciais em Reentrada Atmosférica”.Projeto de Pesquisa UNESPAÇO da Agência Espacial Brasileira – AEB:

“Estudo de um Filtro Computacional de Dados de Radares para Rastreamento de Foguetes no CLA” Meta F da Ação 4.5.21 do Plano Básico de Pesquisa e Desenvolvimento – PBPD. Trabalho conjunto IEAv/IAE/CLA.

“Implementação de Geração de Malhas Estruturadas para o Estudo de Escoamento Viscoso em Meios Porosos no Sistema LEVSOFT”. Projeto FAPESP 03/06888-1. Trabalho conjunto com o LEV (Laboratório de Engenharia Virtual).


Subdivisão de Simulação Computacional (EAH-C)Capacitação numérica atual em escoamentos hipersônicos

• Bidimensional em espaço • Diferenças Finitas (McCormack’s)• Gás ideal e real (equilíbrio químico)• Geometrias


X (m)

Y(m

)

0 1E-06 2E-06 3E-06 4E-06 5E-06 6E-06 7E-06

0

1E-06

2E-06

3E-06

4E-06

5E-06

6E-06

7E-06

Tn

11.90

10.04

8.18

6.31

4.45

2.58

0.72

Temperature

Solid Obstacle

Pn4.794.373.953.533.112.682.261.841.421.00

Contorno de Pressão

x (m)

Nor

mal

ized

Tem

pera

ture

0 5E-06 1E-05 1.5E-05 2E-05 2.5E-051

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4Temperatura Normalizada na linha de centro do canal

X (m)

Nor

mal

ized

Tem

pera

ture

0 5E-07 1E-06 1.5E-06 2E-06

2

4

6

8

10

12

Perfect GasReal Gas

Stagnation LineMach 7



Subdivisão de Simulação Computacional (EAH-C)Artigos apresentados em congressos:

• “High Speed Flow over a Flat Plate and on a Step Obstacle”. Autores: Paulo G. P. Toro, Francisco D. Rocamora Jr., Mauricio A. Pinheiro Rosa e Marco A. Sala Minucci.COBEM2005.• “A Study of the Linear Stability of Nuclear Reactors with Two-Path Reactivity Feedbacks”. Autores: Arthur David Elias de Carvalho (UBC); Eliel Wellington Marcelino (UBC); Mauricio A. P. Rosa. DINCON2006.

Resumos e artigos submetidos a congressos em 2006:• 1 artigo para revisão (CILAMCE2006)• 4 resumos aceitos (ENCIT2006, IMS2006)


Subdivisão de Simulação Computacional (EAH-C)Cursos de Aperfeiçoamento Realizados:

“Tubos e Túneis de Choque”. Março a junho de 2006 (Carga horária: 48h). Ministrado pelo Prof. Ph.D. Marco A. Sala Minucci.

”Aspects of the Re-entry Dynamics of Space Vehicles”. Agosto de 2005 (Carga horária: 50h). Ministrado pelo Prof. Dr. Yury Georgevich Sikharulidze.

Curso Ministrado:

“Medidas de Autodefesa Nuclear" no CEEAA/ITA. Prof. Ph.D. Wilson José Vieira. Primeiro semestre de 2006.


Subdivisão de Simulação Computacional (EAH-C)Pesquisas previstas ou em execução:Meio contínuo:• Axissimetria (coord. cilíndricas r-z) • Transformação para coordenadas generalizadas• Escoamento reativo em equilíbrio químico • Escoamento reativo em não-equilíbrio químico (modelos)• Método dos volumes finitos • .....

Meio rarefeito:• Estudos da aplicação do método de Monte Carloem reentrada de veículos espaciais


Subdivisão de Técnicas de Diagnóstico

(EAH-D)


•• PesquisadoresPesquisadores: Luiz Gilberto BarretaAntonio Osny de ToledoMaria Esther SbampatoOrlando Roberto NetoDermeval Carinhana Jr.Claudio José RochaCarla Simone Tafuri MarquesLidia Mikiko Doi AntunesRoberto Masato Anazawa

••Técnicos:Técnicos:EleniasElenias de Oliveira Ferrazde Oliveira FerrazMarcos de Melo BorgesMarcos de Melo BorgesCarla SilvaCarla Silva BordimBordim

••Alunos:Alunos:Leila Ribeiro dos Santos (PósLeila Ribeiro dos Santos (Pós--Doc)Doc)Rodolfo José Ribeiro (Rodolfo José Ribeiro (MscMsc))Enizete Enizete Aparecida Gonçalves (Aparecida Gonçalves (MscMsc))JucielJuciel do N. Almeida (do N. Almeida (MScMSc))Fernando Lima de Oliveira (Fernando Lima de Oliveira (MScMSc))Fernanda Rosa DiamantinoFernanda Rosa DiamantinoDéborah Déborah Bastos MendesBastos MendesMaria Isabel M. F. BotelhoMaria Isabel M. F. Botelho



Determinação de temperatura e concentração de espécies presentesna combustão

Fluorescência Induzida por Laser Fluorescência Induzida por Laser -- LIFLIFSubdivisão de Técnicas de Diagnóstico


Fluorescência Induzida por Laser Planar Fluorescência Induzida por Laser Planar -- PLIFPLIFSubdivisão de Técnicas de Diagnóstico

Determinação de radicais presentes na chama (OH, NO, NOx, CH)



Espectroscopia deEspectroscopia de EmissãoEmissão

Determinação de temperatura de espécies presentes na chama

418 420 422 424 426 428 430 4320.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

I (u.

a.)

λ (nm)


Tomografia de EmissãoTomografia de Emissão

Obtenção da distribuição espacial de espécies presentes na chama



Subdivisão de Técnicas de DiagnósticoEspectroscopia de Absorção utilizando Laser de DiodoEspectroscopia de Absorção utilizando Laser de Diodo

Determinação de temperatura e concentração dos produtos da combustão

(H2O)



Espalhamento Rayleigh DopplerEspalhamento Rayleigh Doppler

Medições de temperatura e velocimetria subsônica, supersônica e hipersônica



Incandescência Induzida por Laser Incandescência Induzida por Laser -- LIILII

Determinação de fuligem por Incandescência Induzida por laser



Financiamentos:- Proc. 05/00505-9 – Estudo das Espécies Quimiluminescentes e da Concentração de Nox em Chamas de Etanol. Carla S.T. Marques

- Proc. 04/09130-5 – Aquisição de um Sistema de Fluorescência Induzida por Laser para Aplicação em Estudos de Combustão. Maria Esther

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