PG-EAM - Graduate Program in Aeronautical and Mechanical Engineering
PT EN
Master's Dissertation PG-CTE 2025

Modelos de queima erosiva para motores foguete a propelente sólido

Author

Daniel Macêdo Gonçalves

Concentration Area

Química dos Materiais

Program

Ciências e Tecnologias Espaciais

Defense Date

11/07/2025

Thesis Number

80496

Abstract

A queima erosiva é um tipo de instabilidade na combustão que, quando não identificada e mitigada, pode causar variações indesejadas na pressão e no empuxo de motores foguete a propelente sólido. Esses efeitos comprometem a missão do veículo, sobrecarregam diversos subsistemas e podem levar a falhas graves, incluindo explosão do motor. O objetivo desta dissertação é estabelecer modelos matemáticos a serem empregados em projetos de motores foguete a propelente sólido (compósitos e de base dupla) para predição da queima erosiva. Para isso, foram revisados os principais aspectos relacionados ao fenômeno da queima erosiva e ao modelamento de taxa de queima. A taxa de queima de propelentes sólidos, quando tradicionalmente estabelecida como um parâmetro puramente dependente da pressão, por meio da lei de Vieille, não é capaz de capturar as instabilidades de combustão, incluindo a queima erosiva, sendo minimamente adequada para cálculos preliminares de projeto. Diante disso, formulações complementares devem ser aplicadas para levar em conta a queima erosiva. Alguns dos principais modelos e estudos sobre o assunto foram destacados sob uma perspectiva cronológica. Em termos de previsão da taxa de queima erosiva, dois dos modelos mais importantes existentes foram analisados: o modelo de Lenoir-Robillard (1957), amplamente utilizado como base para outros estudos, e o modelo de Paul-Mukunda (1997), que é de simples utilização e aplicável a uma ampla variedade de propelentes. Com base na abordagem teórica de Paul e Mukunda, novos modelos matemáticos para determinar a taxa de queima erosiva de propelentes compósitos do tipo HTPB/AP e propelentes de base dupla foram propostos no presente trabalho. Como resultado, foram obtidos modelos matemáticos mais precisos que o modelo de Paul-Mukunda para a predição de queima erosiva tanto no caso de propelentes compósitos quanto de base dupla. Pretende-se que os modelos desenvolvidos passem a ser utilizados pela comunidade de engenheiros aeroespaciais como ferramentas de fácil implementação no projeto bem equilibrado de motores foguete a propelentes sólidos em suas diversas aplicações, com esforço matemático e computacional mínimo.

Keywords

Motores foguetes a propelente sólido Queima erosiva Taxa de queima Estabilidade de combustão Camada limite turbulenta Modelos matemáticos Engenharia aeroespacial