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 Descrição

O Laboratório de Ensaios de Propulsão tem como objetivo gerenciar e executar ensaios de sistemas e subsistemas de motores foguetes a propelente sólido, líquido e híbrido, bem como elaborar e especificar facilidades e métodos de ensaios. Cabe ao LEPR ensaiar as câmaras de combustão (a frio e a quente), turbinas, bombas hidráulicas e válvulas e demais componentes de Motores-Foguete a Propelente Líquido, bem como ensaiar sistemas hidropneumáticos de veículos lançadores e veículos de sondagem desenvolvidos pelo IAE. O Laboratório é distribuído ao longo de cinco edificações espalhadas pelo IAE.

Neste Laboratório foram feitos todos os ensaios de desenvolvimento dos seguintes motores foguete e seus subsistemas:

·      Motor foguete a propelente líquido L5, que voou como carga útil na campanha denominada Operação Raposa em 01 de setembro de 2014;

·      Motor-foguete a propelente líquido L15;

·      Motor-foguete a propelente híbrido H1; e

·      Vários componentes do motor foguete a propelente líquido L75, tais como: Gerador de Gás e seus injetores; Câmara Subescala Capacitiva, seu cabeçote e injetores, Câmara Capacitiva, seu cabeçote e injetores; Turbina e Bomba de Oxigênio, Blocos de Válvulas de Oxigênio e Combustível; Bloco de Válvulas do Gerador de Gás.

No contexto dos veículos de sondagem, o Laboratório foi responsável pela montagem, incluindo testes de aceitação, dos seguintes sistemas:

·      Sistema Pneumático de Gás Frio do SARA;

·      Bancada de simulação do Sistema de Alimentação de Fluido Hidráulico do TVA (VLM-1);

·      Servo atuadores do VS-43 (requalificação);

·      Junta flexível do VLM-1/VS-50 (requalificação).

Finalmente, no contexto de Pesquisa, o LEPR possui bancadas especiais que têm como finalidade realizar estudos experimentais e numéricos de combustão aplicados a Motores Aeroespaciais, notadamente Motores Foguetes e Turbinas a gás. Entretanto, sua infraestrutura e os estudos lá realizados são extensíveis a aplicações industriais como fornalhas, caldeiras, motores diesel e motores de ignição por centelha. Os últimos estudos de combustão em meios monofásicos (gás-gás), combustão em meios bifásicos (Spray-gás, spray multi-componentes), instabilidade de combustão, interação acústica-turbulência-combustão, e caracterização e estudo de formação de spray. Estes estudos estão no momento relacionados com motores foguetes a propelente líquido. Os sistemas de diagnósticos lasers não intrusivo com Velocimetria por PIV e PIV Estéreo, Phase Dopler Interpherometry (PDI), Planar Laser Induced Fluorescence (PLIF) e Câmera de Alta Velocidade permitem investigações de diversos fenômenos que ocorrem dentro da câmara de combustão que tenha acesso ótico apropriado e comportamento de injetores e formação de spray.

Infraestrutura

O Laboratório é constituído pelos seguintes bancos de ensaios:

·         Banco de ensaios de 1 kN: Tem por finalidade ensaiar a quente motores foguetes a propulsão líquida ou híbrida em condições atmosféricas e até 1 kN de empuxo, com o objetivo de desenvolver pesquisas na área de propulsão espacial e treinamento de pessoal técnico do Laboratório. O banco utiliza como combustível etanol líquido e como oxidante oxigênio gasoso (GOX) com as respectivas vazões de 150 g/s e 350 g/s. A refrigeração com água é fornecida numa vazão de 1 kg/s, e também são disponibilizados os sistemas de ignição gás dinâmico. O sistema de comando, controle e aquisição de dados é baseado na plataforma National Instruments e programação Labview.

·         Banco de ensaios de 20 kN: Tem por finalidade realizar ensaios a quente de câmaras de combustão e geradores de gás de motores foguetes a propulsão líquida de até 20 kN de empuxo. O banco utiliza tanques de propelentes de etanol e oxigênio liquido (LOX) pressurizados com nitrogênio gasoso a pressão de até 100 bar e vazões de 5 kg/s por linha. A refrigeração com água destilada é fornecida numa vazão de 3 kg/s, e também são disponibilizados os sistemas de ignição gás dinâmico ou pirotécnico. O sistema de comando, controle e aquisição de dados é baseado na plataforma National Instruments e programação Labview.

·         Banco de ensaios Hidráulicos de Alta Vazão: Foi desenvolvido para caracterização a frio com água destilada de componentes de motores-foguetes a propelente líquido, tais como válvulas, reguladores, cabeçotes de injeção. É constituído de um sistema de acionamento por bombas e motores elétricos, tanque de água destilada, filtros, sistema de refrigeração, sistema de comando e monitorado por CLP e aquisição de dados via programação Labview. O mesmo tem capacidade de vazão de até 30 kg/s e pressão de 35 bar.

·         Banco de ensaios Hidráulicos de Baixa Vazão: análogo ao anterior, mas desenvolvido para pequenos dispositivos em baixa vazão, tais como injetores de Motores-Foguete a propelente líquido. A pressão máxima de trabalho é 70,0 bar; e o fluido de trabalho pode ser água destilada, óleo (MIL-PRF-5606H) ou gás nitrogênio.

·         Banco de ensaios de Pressurização e Hermeticidade: Desenvolvido para realizar ensaios de pressurização e hermeticidade de componentes. Utiliza água destilada como fluido de trabalho. A unidade de pressurização possui capacidade de até 100,0 MPa. O sistema de aquisição de dados também é baseado em plataforma Labview.

·         Banco de ensaios de Bombas Hidráulicas e Turbinas: Projetado para caracterização a frio dos componentes de turbobomba, a saber, bombas hidráulicas e turbina a gás. O banco é constituído de instrumentação de controle e aquisição de dados, motor elétrico de 380 kW, mancal, tacômetro, caixa de engrenagens, induzindo rotação de até 33.000 rpm no corpo de prova. O fluido de trabalho para testes de turbinas é o nitrogênio gasoso, e para bombas pode ser tanto água destilada quanto nitrogênio líquido, para bombas criogênicas. O objetivo principal deste banco é a determinação das características de desempenho, vibração e estanqueidade da turbobomba do motor L75.

·         Banco de Estudo de Instabilidade de Combustão (BEIC) com câmara de combustão com acesso ótico, acesso para microfones e excitadores acústicos, alimentação com soprador de ar com capacidade de 180 g/s sob pressão de 0,7 bar e câmara de combustão substituível com acesso ótico, munido ainda de: Sistema de Velocimetria a laser por Imagem de Partícula (PIV) 2D e 3D (Estéreo);  Sistema de Velocimetria e medição de partículas a laser por Interferometria (PDI); Sistema de Florescência induzida a Plano Laser (PLIF) para medição dinâmica de concentração de radicais; Câmera de alta velocidade de 20.000 FPS; Sistema de aquisição de dados e controle digital para dezenas de canais de pressão e temperatura.

O LEPR ainda dispõe das seguintes unidades:

·         Sala de limpeza e integração de componentes, com maquinário para limpeza por ultrassom;

·         Estação de evaporação e enchimento de nitrogênio líquido;

·         Sala com paredes reforçadas para testes com ruptura efetiva sob pressão de componentes sob pressão; e

·         Sala de montagem com pé direito de 5 metros.

Competências

As competências do laboratório incluem:

·         Sequenciamento de eventos para ensaios de câmaras de combustão;

·         Capacidade de ensaios de máquinas rotativas;

·         Instrumentação e aquisição de dados em baixa e alta frequência;

·         Integração de componentes hidráulicos e pneumáticos para alta pressão; e,

·         Capacidade de ensaios de aceitação de sistemas hidráulicos e pneumáticos.

Informações para Contato

Responsável pelo laboratório: Levi Maia ARAÚJO – 1º Ten Eng

Telefone: (12) 3947-5119

E-mail:   Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo. / Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.

Nome da Instituição: Instituto de Aeronáutica e Espaço / DCTA

Endereço: Praça Marechal Eduardo Gomes, 50  - São José dos Campos – SP - CEP 12228-015 Brasil 

LEPR

 

 

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