Estudo de instabilidade de combustão em motor foguete a propelente híbrido

Abstract

Este trabalho descreve um estudo teórico-experimental de instabilidade de combustão em motor foguete a propelente híbrido. O objetivo geral da pesquisa foi produzir uma metodologia para a caracterização de instabilidade de combustão em motor foguete híbrido aplicada à fase de projeto conceitual, de forma a poder estimar as frequências acústica e não-acústica. Nos sistemas propulsivos químicos as instabilidades na combustão são fenômenos intrínsecos e podem ocorrer se o projeto do motor não for desenvolvido de forma a controlar o processo de queima. Atualmente não existe um método universalmente aceito para eliminar o problema da combustão oscilatória nos foguetes híbridos. Na primeira fase desta pesquisa foi desenvolvida uma metodologia para realizar a caracterização acústica da cavidade interna do motor. A abordagem utiliza o Método da Matriz de Transferência para prever a resposta acústica. Os resultados mostraram boa concordância entre os valores teóricos e experimentais, além de permitir a estimativa das frequências acústicas considerando a variação temporal do diâmetro da porta de combustão. No estudo das instabilidades de combustão de origem não-acústica foi desenvolvida uma extensão do modelo de instabilidade devido ao acoplamento com o sistema de alimentação de oxidante líquido, também conhecida como teoria L*. Através da extensão desta teoria, este trabalho sugere a Eq. (5.40) como forma universal de análise de critério de instabilidade para motor foguete propelente híbrido. Observou-se que o parâmetro Δp/p tem grande influência sobre o comportamento do motor. Em todos os testes em que Δp/p > 0,7 as oscilações de pressão na câmara de combustão ficaram abaixo de 5%. O impacto do comprimento da pré-câmara sobre a estabilidade de combustão foi analisado experimentalmente. Os dados sugerem que o aumento do comprimento da pré-câmara melhora a estabilidade do motor. Desta forma, o projeto de motores de foguete a propelente híbrido deve levar em conta o fato de que a estabilidade na operação do motor está diretamente relacionada a Δp⁄p, através da teoria L* desenvolvida neste trabalho e que o parâmetro τ é mais importante que o tempo de reposta da camada limite, quando é utilizado oxidantes líquidos.