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Aerodinâmica de foguete: Uma introdução.

Atualizado: Jun 8


Míssil Tático de Cruzeiro AV-TM 300
Míssil Tático de Cruzeiro AV-TM 300 produzido pela Avibrás

Após a segunda guerra mundial, Americanos, Ingleses e Soviéticos perceberam a importância da tecnologia da arma nazista V-2 e tentaram capturar esta tecnologia dando asilo e apoio aos cientista que trabalharam na tal arma. O caso mais famoso é do cientista Wernher Von Braun, a cabeça responsável pelo exitoso programa de foguetes americanos.

Já na década de 50, as pesquisas sobre o tema se expandiram uma vez que os militares perceberam a importância desta tecnologia como um poderosa arma de guerra. No caso dos Estados Unidos, muitos estudos foram desenvolvidos não somente pela agência civil (NASA), como também pelas forças armadas.


Aerodinâmica de foguete


De forma bem simples um foguete tem a seguinte estrutura:


imagem de um foguete

  • Ogiva: O nariz do foguete onde fica a carga útil.

  • Fuselagem: A estrutura cilíndrica que dá a forma ao foguete, dentro dela tem o motor, sistemas eletro-eletrônicos, sensores, atuadores e responsável por aguentar os esforços do voo.

  • CG: Centro de gravidade é o ponto que ocorre a aplicação de força gravitacional.

  • CP: Centro de pressão é a região onde agem as forças aerodinâmicas.

  • Aleta: São pequenas asas. Diferente de um avião onde as asas servem para dar sustentação ao voo, neste caso essas asas tem como objetivo de dar manobrabilidade e estabilidade ao foguete ou míssil. Neste Vídeo mostra o foguete de sondagem brasileiro VSB-30 lançado na base de Esrange, na Suécia que é estabilizado pelas aletas. Alguns não têm essa estrutura uma vez que o próprio motor faz esse trabalho através de empuxo vetorado.

imagem de um foguete

O CG pode variar de posição durante ao voo, já que aproximadamente 80% da massa de um foguete é combustível e durante a fase de voo o combustível vai sendo queimado e expelido. E o CP também varia por causa da velocidade e o ângulo de ataque.

Afinal o que é ângulo de ataque? Podemos dizer de forma bem simples que é o ângulo entre o eixo principal do foguete e a direção relativa do ar. Muitas vezes uma rajada de vento ou alguma manobra brusca, principalmente se estamos falando de mísseis guiados, pode ocasionar uma mudança na direção relativa do ar. Na figura abaixo é explicado de forma mais visual:


imagem angulo de ataque

Estabilidade

Já que falamos lá em cima sobre as aletas, existe algum critério de estabilidade?

A resposta é Sim! Dependendo da posição do CP e do CG o foguete pode se tornar instável!


imagem estabilidade de um foguete
  • CG acima do CP: Gera um momento sentido horário deixando o sistema instável!

  • CP acima do CG: Gera um momento anti-horário estabilizando o sistema! O foguete tende a voar contra a direção relativa do ar.

Existem alguns métodos para determinar o CP como o Barrowman para baixos ângulos de ataque e para velocidades subsônicas muito utilizados hobbistas de foguetes amadores, mas também pode-se determinar usando ensaios aerodinâmicos ou análise computacional de CFD. Eu mesmo tenho alguns estudos de cálculo de predição de CP usando CFD, quando tiver tempo eu posto aqui no site.

Mas vamos com calma, por que um míssil instável não significa que ela seja incontrolável, muito pelo contrário. Foguetes e mísseis que contém sistemas ativos de controle normalmente são projetados para serem marginalmente instáveis pois são mais controláveis! Mas controle, estabilidade e manobrabilidade já é um papo pra uma outra oportunidade.


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