Análise numérica da performance aerodinâmica do motor-foguete S-30 acoplado a um demonstrador scramjet

dc.contributor.advisorSouza, Thiago Cardoso de
dc.contributor.advisor-co1Souza, Sandi Itamar Schafer de
dc.contributor.advisor-co1ID42635926034pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7400466085627528pt_BR
dc.contributor.authorMaia, Felipe Pinheiro
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/9624330377067304pt_BR
dc.contributor.referees1Silva, Cristiano Vitorino da
dc.contributor.referees1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1072626739410947pt_BR
dc.contributor.referees2Martos, João Felipe de Araújo
dc.contributor.referees2Latteshttp://lattes.cnpq.br/5078006221219388pt_BR
dc.date.accessioned2021-11-04T23:12:02Z
dc.date.available2021-11-04T23:12:02Z
dc.date.issued2021-07-20
dc.description.abstractThis work investigates the effect of the coupling of a scramjet demonstrator in the Brazilian S-30 rocket engine in terms of a numerical investigation of the flow around its fuselage geometry. Local aspects of the flow and the comparison of global flow parameters, such as the pressure and friction drag, were considered for cases with and without the coupled scramjet demonstrator. The rocket engine with the attached scramjet geometry was selected for operational flight conditions corresponding to a Mach number of 5.79 and an altitude of 20 km. A set of 2D RANS simulations were performed, using the Ansys FLUENT software, to investigate the flow dynamics of both configurations. Experimental data obtained from the literature for the S-30 flight was used to impose the required inlet boundary conditions. In order to obtain the drag curve for the case of the scramjet coupled to the S-30 vehicle, numerical simulations were performed for several points along the trajectory of the rocket engine, e.g., before and after the scramjet operational point. The simulations were able to capture the theoretically expected planar and conical oblique shock and the expansion waves that usually occur for a hypersonic flow in such geometries. For instance, the emergence of recirculation zones and flow instabilities due to the shock-wave boundary-layer interactions. Finally, as a result of the attachment of the scramjet demonstrator to the S-30 rocket engine, the results show an increase in the total drag of about 45.25% in the region of the trajectory where the scramjet becomes fully operational. Based on these simulations, the total drag curve was determined for both geometries. A decrease of the average drag coefficient along the trajectory was observed. Using a simple flight dynamic analysis, the trajectory expected for each case was determined. The comparison between the trajectories for both cases shows a small but nonnegligible deviation of about 2% for the altitude and 0,15% for the flow velocity.pt_BR
dc.description.resumoEste trabalho investigou o efeito do acoplamento de um demonstrador scramjet no motor-foguete brasileiro S-30 em termos de uma investigação numérica do escoamento em torno da sua fuselagem. Aspectos locais do escoamento, bem como a comparação dos parâmetros da performance aerodinâmica, como pressão e arrasto de fricção, foram considerados para casos com e sem o demonstrador scramjet acoplado. O motor-foguete com a geometria scramjet acoplada foi selecionado para condições operacionais de voo correspondentes a um número Mach de 5,79 e uma altitude de 20 km. Um conjunto de simulações RANS 2D foi realizado, utilizando o Ansys FLUENT, para investigar o escoamento sobre ambas as configurações. Dados experimentais obtidos na literatura para o voo do S-30 foram usados para impor as condições de contorno necessárias. A fim de obter a curva de arrasto para o caso do scramjet acoplado ao motor S-30, simulações numéricas foram realizadas para vários pontos ao longo da trajetória do motor-foguete. As simulações foram capazes de capturar as ondas de choque oblíquas planar e cônicas teoricamente esperadas, assim como as ondas de expansão que normalmente ocorrem para um escoamento hipersônico em tais geometrias. Entre outros fenômenos, observou-se o surgimento de zonas de recirculação e instabilidades do escoamento devido às interações da camada limite com as ondas de choque. Finalmente, como resultado do acoplamento do demonstrador scramjet ao motor-foguete S-30, os resultados mostraram um aumento no arrasto total de cerca de 45,25% para o ponto de projeto. Com base nestas simulações, a curva de arrasto total foi determinada para ambas as geometrias analisadas. Foi observado uma diminuição do coeficiente de arrasto médio ao longo da trajetória. Usando uma análise simplificada de dinâmica de voo, a comparação entre as trajetórias calculadas mostrou desvios na condição de teste de cerca de 2% para a altitude e de 0,15% para a velocidade do escoamento.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpt_BR
dc.identifier.citationMAIA, Felipe Pinheiro. Análise numérica da performance aerodinâmica do motor-foguete S-30 acoplado a um demonstrador scramjet. 2021. 96f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/44792
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICApt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectScramjetpt_BR
dc.subjectS-30pt_BR
dc.subjectEscoamento hipersônicopt_BR
dc.subjectArrasto aerodinâmicopt_BR
dc.subjectDinâmica de voopt_BR
dc.titleAnálise numérica da performance aerodinâmica do motor-foguete S-30 acoplado a um demonstrador scramjetpt_BR
dc.title.alternativeNumerical analysis of the aerodynamic performance of the S-30 rocket engine coupled to a scramjet demonstratorpt_BR
dc.typemasterThesispt_BR

Arquivos

Pacote Original

Agora exibindo 1 - 1 de 1
Nenhuma Miniatura disponível
Nome:
Analisenumericaperformance_Maia_2021.pdf
Tamanho:
16.82 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Nenhuma Miniatura disponível
Baixar