Efeito da geometria do bocal divergente sobre o empuxo de motor-foguete operando no vácuo

Resumo

Neste trabalho, simulações numéricas são usadas para uma melhor compreensão da parte divergente da tubeira de motores-foguete operando no vácuo. O código computacional utilizado nas simulações é chamado Mach2D 7.4, cujas características são: permite a resolução de escoamentos invíscido, laminar ou turbulento, em qualquer velocidade, emprega sistema de coordenadas não ortogonais, resolve as equações diferenciais utilizando o método dos volumes finitos. Entre os modelos citados, foi utilizado o escoamento invíscido para resolver o escoamento no interior da tubeira, usada em motores-foguete. O envelope da tubeira e as condições utilizadas neste trabalho são baseados em resultados experimentais de um artigo do AIAA Journal de um grupo de pesquisa do Jet Propulsion Laboratory (JPL) da NASA (National Aeronautics and Space Administration). Entre os 5 tipos de divergente testados, o divergente logarítmico foi o que resultou no maior coeficiente de empuxo. Para uma tubeira de comprimento constante, há um ângulo ótimo em relação a horizontal para a tubeira cônica e para a tubeira logarítmica que é de 20. Foi encontrado também que os ângulos ótimos não se modificam com o comprimento da tubeira. Também foi possível obter um coeficiente de empuxo maior que o obtido pelo método de projeto de divergente supersônico de Anderson, para o mesmo comprimento de tubeira. Usando o ângulo ótimo foi possível obter um aumento de 1,78 a 2,91% no coeficiente de empuxo nos três comprimentos avaliados.