Aerodinâmica e propulsão de munições de grosso calibre com alcance estendido empregando tecnologias base bleed e ramjet
Autor
Conrado Couto Lara Ferreira
Orientador
- Orientador Jose Atilio Fritz Fidel Rocco
Área de Concentração
Química dos Materiais
Programa
Ciências e Tecnologias Espaciais
Data de Defesa
03/02/2023
Número da Tese
79022
Resumo
As tecnologias de munições de grosso calibre sofreram grandes avanços nestes últimos anos, tanto em termo de balística interna como externa. Tratando da balística externa, a extensão do alcance de projéteis envolveu basicamente duas técnicas, a base bleed que consiste na queima lenta de um propelente sólido compósito (CSP) e ejeção dos gases de combustão na base do projétil e, muito recentemente, a tecnologia de munições ramjet que tem a finalidade de aumentar a quantidade de movimento da munição em voo por meio da ejeção de gases provenientes da combustão de um combustível sólido por uma tubeira à retaguarda do projétil. Neste trabalho foram simuladas computacionalmente as duas condições envolvendo a cinética química de decomposição térmica e de combustão do propelente sólido compósito (CSP) formulado a base de Perclorato de Amônio (AP) e Polibutadieno Líquido Hidroxilado (HTPB) e do propelente sólido rico em combustível (SFRJ), que são usados como fontes de energia química para aumento do alcance de munições de artilharia do tipo base bleed e ramjet, respectivamente. Para tal, foram utilizados mecanismos cinéticos envolvendo as reações de decomposição térmica dos materiais supramencionados com auxílio de códigos computacionais específicos, incluindo o software Ansys Chemkin-Pro. Os parâmetros de entrada foram selecionados com base em dados de experimentos e outras simulações computacionais presentes na literatura. Foram obtidos resultados referentes à velocidade de escoamento, temperatura, pressão, entalpia e concentração de espécies químicas relativos aos gases provenientes da combustão do propelente sólido compósito base bleed e do propelente sólido rico em combustível ramjet. Os resultados obtidos vão ao encontro do objetivo dessa pesquisa pois permitem aumentar a compreensão dos fenômenos termoquímicos relacionados à propulsão das munições de artilharia de alcance estendido. Especialmente para o caso das simulações computacionais envolvendo o grão propelente sólido compósito empregado na tecnologia base bleed, foram propostas 2 (duas) metodologias de modelagem do problema distintas. A comparação dos resultados dessas diferentes abordagens foram idênticos permitindo concluir que o software Ansys Chemkin-Pro tem restrições na modelagem detalhada de problemas de dinâmica dos fluidos. São discutidos os principais resultados obtidos, as limitações do trabalho desenvolvido e sugestões de trabalhos futuros. Por fim, conclui-se o trabalho apontando, com base nos resultados obtidos, na revisão de literatura realizada e na realidade da Indústria de Defesa Nacional, que a tecnologia base bleed seria a opção mais viável a curto e médio prazos para suprir a demanda urgente do Exército Brasileiro por munições de grosso calibre com alcance estendido sem, no entanto, deixar citar a relevância do desenvolvimento de e pesquisa na área de projéteis ramjet.
