PROPULSÃO II
Motores Foguete
Termoquímica
Prof. José Eduardo Mautone Barros
[email protected]
www.mautone.eng.br
2013 JEMB Prancha 1
Motores Foguete
 Escoamento congelado (frozen)
 Escoamento em Equilíbrio Químico
CEA (NASA-SP-273)
 Escoamento em Não-equilíbrio Químico
ODK e TDK, CHEMKIN
2013 JEMB Prancha 2
Motores Foguete
 Exercícios CEA (NASA-SP-273)
• Para os propelentes listados na sequência
• Pressão de câmara de combustão:
20, 70, 100, 120 bar
• Razão de áreas na tubeira
– Subsônico: 20, 10, 1 (garganta)
– Supersônico: 1( garganta),10, 20, 40, 50, 100
• Fazer gráficos e analisar:
– Impulso específico, velocidade característica, coeficiente de
empuxo, pressão na exaustão, peso molecular, temperatura
de chama e razão de calores específicos versus pressão de
câmara, razão de expansão em área.
– Composição dos gases na câmara de combustão para
espécies com concentração superior a 1% v/v.
2013 JEMB Prancha 3
Motores Foguete
 Exercícios CEA (NASA-SP-273)
• Para os propelentes listados na sequência
– Propelente líquido
• Monopropelente: UDMH (di-metil hidrazina não-simétrica)
– 100% de UDMH (CH3)2N2H2
• Bipropelente:
– UDMH e N2O4 (tetróxido de nitrogênio)
– H2(L) e O2(L) (criogênicos)
– RP-1 (querosene de foguete) e O2(L) (oxigênio líquido)
– Razões de equivalentes combustível/oxidante:
0,5; 1,0; 1,1; 1,5; 2,5; 5,0
2013 JEMB Prancha 4
Motores Foguete
 Exercícios CEA (NASA-SP-273)
• Para os propelentes listados na sequência
– Propelente híbrido
• Razões de equivalentes combustível/oxidante:
0,5; 1,0; 1,1; 1,5; 2,5; 5,0
• N2O (dióxido de nitrogênio – gás do riso)
• HTPB (polibutadieno líquido hidroxilado)
Átomo
C
H
O
No
200
302
2
Massa Específica
0,904
M
12
1
16
M (kg/kmol)
2400
302
32
2734
g/cm3
904
kg/m3
Hydroxil terminated polibutadiene (HTPB)
Polibutadieno líquido hidroxilado (PBLH)
CH2
CH
HO
CH2
CH2
CH2
0.2
Ligação
O-H
C=C
C-C
C-H
No
2
50
200
300
H°f (kcal/mol)
-27,0
6,70
2,73
-3,84
H°f (kcal/mol)
-54
335
546
-1152
-325
H2C
CH
CH2
CH
0.6
0.2
kJ/mol
-1359
kJ/kg
-497
OH
CH CH
CH
2013 JEMB Prancha 5
50
Motores Foguete
 Exercícios CEA (NASA-SP-273)
• Para os propelentes listados na sequência
Componente
– Propelente sólido
HTPB
Combustível
tipo Composite
MDI
Oxidante
Massa Específica
1,230
Átomo
C
H
O
N
No
15
10
2
2
M
12
1
16
14
M (kg/kmol)
180
10
32
28
250
Ligação
C=N
C-N
C=C
C-C
C-H
C=O
No
2
2
6
2
10
2
H°f (kcal/mol)
18,6
9,3
6,70
2,73
-3,84
-44,8
H°f (kcal/mol)
37,2
18,6
40,2
5,46
-38,4
-89,6
-26,54
g/cm3
1230
Composição Composite
Massa Específica
(kg/m3)
%p/p
Al
NH4ClO4
13,63
1,37
15
68
Fe 3O4
2
kg/m3
85
904
1230
2700
1950
100
5242
1976
15
4,4' difenilmetano diisocianato (MDI)
CH2
O
kJ/mol
-111
kJ/kg
-444
C
O
N C
N
Reação de formação de poluretana
0,09144
p/p
1
eq/eq
MDI/HTPB
9,14
% p/p
2013 JEMB Prancha 6
Motores Foguete
 Exercícios CEA (NASA-SP-273)
• Para os propelentes listados na sequência
Composição Base Dupla (BD)
– Propelente sólido
Massa Específica
Componente
%p/p
tipo Base Dupla (BD)
(kg/m3)
Combustível
Oxidante
Massa Específica
Átomo
C
H
O
N
No
3
5
9
3
M
12
1
16
14
1,600
g/cm3
1600
M (kg/kmol)
36
5
144
42
227
Nitrocelulose
Nitroglicerina
50
50
100
kg/m3
Nitroglicerina
O
O
+
N
+
O
O
H°f (kcal/mol)
-88,8
1670
1600
1635
kJ/mol
-371,0
kJ/kg
-1634
N
-
O
CH2 HC
CH2
O
-
O
O
2013 JEMB Prancha 7
+
N
O
-
Motores Foguete
 Exercícios CEA (NASA-SP-273)
• Para os propelentes listados na sequência
Composição Base Dupla (BD)
– Propelente sólido
Massa Específica
Componente
%p/p
tipo Base Dupla (BD)
(kg/m3)
Combustível
Oxidante
Massa Específica
1,670
g/cm3
1670
Nitrocelulose
Nitroglicerina
50
50
100
1670
1600
1635
kg/m3
Nitrocelulose
Átomo
C
H
O
N
No
10
10
23
6
M
12
1
16
14
M (kg/kmol)
120
10
368
84
582
-
O
N
+
O
O
O
-
O
N
+
-
O
+
O
N
O
O
O
H°f (kcal/kg) H°f (kcal/gmol) kJ/gmol
-523,9
-305
-1275
kJ/kg
-2190
O
O
O
O
-
O
N
O
+
-
O
n
O
N
O
O
+
O
300 a 1700
-
N
+
O
O
2013 JEMB Prancha 8
n
Bibliografia
 BARRERE, M., JAUMOTTE, A., DE VEUBEKE, B. F. e
VANDENKERCKOVE, J. Rocket Propulsion. Amsterdam: Elsevier, 1960.
829p.
 ALVIM FILHO, G. Problemas Relativos a Motor Foguete. Apostila de
Curso, PRP-30. Instituto Tecnológico de Aeronáutica. São José dos Campos:
ITA. 1982.
 ALVIM FILHO, G. Motor Foguete. Apostila de Curso, PRP-11. Instituto
Tecnológico de Aeronáutica. São José dos Campos: ITA. 1983.
 MATTINGLY, J. D. Elements of Gas Turbine Propulsion. New York:
MCGraw-Hill, 1996. 960p.
 OATES, G. C. Aerothermodynamics of Gas Turbine and Rocket Propulsion,
AIAA Education Series. Washington, DC: AIAA, 1988. 456p.
 CORNELISSE, J. W., SCHÖYER, H. F. R. et WAKKER, K. F. Rocket
Propulsion na Spaceflight Dynamics. London: Pitman, 1979, 505p.
2013 JEMB Prancha 9