domingo, 31 de março de 2013

Brasil: "do 14-BIS ao 14-X"

14-X


AERONAVE QUE VOA A MAIS DE 11.000 KM/H COLOCA O BRASIL NA ELITE DA ENGENHARIA AEROESPACIAL E NA IMINÊNCIA DE SUPERAR TECNOLOGICAMENTE OS EUA


Por Lucas Bessel, da revista “Isto É”

14-Bis

"Em um laboratório em São José dos Campos, interior de São Paulo, a aeronave mais avançada do Brasil ganha forma. Batizado de 14-X, o aparelho tem nome inspirado na mais famosa máquina voadora brasileira, o 14-Bis. Em comum com o avião de Santos Dumont, o 14-X tem o poder de garantir para o País um lugar no pódio da tecnologia aeroespacial. Não tripulado, o modelo é hipersônico, capaz de atingir dez vezes a velocidade do som (mais de 11.000 km/h).

As propriedades do 14-X colocam o Brasil no seleto grupo de nações – ao lado de Estados Unidos, França, Rússia e Austrália – que pesquisam os motores scramjet, que não têm partes móveis e utilizam ar em altíssimas velocidades para queimar combustível (no caso, hidrogênio). Outra característica do veículo desenvolvido pelo “Instituto de Estudos Avançados” da Força Aérea Brasileira (IEAv) é que ele é um “waverider”, aeronave que usa ondas de choque criadas pelo voo hipersônico para ampliar a sustentação. É como se, ao nadar, um surfista gerasse a onda na qual irá deslizar. 


 O projeto nasceu em 2007, quando o capitão-engenheiro Tiago Cavalcanti Rolim iniciou mestrado no ITA e foi aprovado com uma tese sobre a configuração “waverider”. Cinco anos depois, a teoria está prestes a virar prática. O primeiro teste do 14-X em voo, ainda sem a separação do foguete utilizado para a aceleração inicial, ocorrerá neste ano. Em seguida, a Força Aérea planeja outros dois experimentos: um com acionamento dos motores scramjet, mas com a aeronave ainda acoplada, e outro com funcionamento total, quando a velocidade máxima deve ser atingida. “Se formos bem-sucedidos nesses ensaios, estaremos no topo da tecnologia, embora com um programa muito mais modesto do que o dos americanos”, diz o coronel-engenheiro Marco Antonio Sala Minucci, que foi diretor do IEAv durante quatro anos e é um dos pais do 14-X.


O grande desafio no desenvolvimento da tecnologia de altíssimas velocidades é a construção dos motores scramjet. Um engenheiro ligado ao projeto compara a dificuldade de ligar tais propulsores a “acender uma vela no meio de um furacão”. Por isso, o IEAv realiza os testes do primeiro protótipo no maior túnel de choque hipersônico da América Latina, no próprio laboratório do instituto. Diferentemente do que ocorre em turbinas de aviões, esse motor não usa rotores para comprimir o ar: é o movimento inicial, gerado pelo foguete, que fornece o fôlego necessário. No 14-X, os propulsores scramjet são acionados a mais de 7.000 km/h.

Esse será o caminho eficiente de acesso ao espaço em um futuro próximo”, diz Paulo Toro, coordenador de pesquisa e desenvolvimento do 14-X. As aplicações práticas vão além do lançamento de satélites ou dos voos suborbitais. Os EUA, que testam sua aeronave batizada de X-51, pretendem usar a tecnologia em mísseis intercontinentais. Entre os civis, a esperança é de que o voo hipersônico possa se tornar uma realidade em viagens turísticas. Ir de São Paulo a Londres em apenas uma hora não seria nada mau.”


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COMPLEMENTAÇÃO

 

O 14-X HIPERSÔNICO, UM FUTURO PARA A FAB


O 14-X Hipersônico visto no espaço

Do site “Defesa Br”

“INTRODUÇÃO

Dentre as iniciativas nacionais na área de Pesquisa Científica e Desenvolvimento Tecnológico, uma novidade bastante animadora poderá ser revolucionária para a aviação e para a área espacial de lançamento de satélites, como hoje as conhecemos.

Trata-se de uma aeronave hipersônica conhecida como 14-X com motor scramjet (contração de “Supersonic Combustion Ramjet”), ambos totalmente brasileiros.

São projetos de interesse do Comando da Aeronáutica (Hipervelocidade e Propulsão com Ar Aspirado) e do Programa Espacial Brasileiro (Veículo Lançador de Satélites - VLS e Satélite Recuperável Atmosférico – SARA).

Tudo acontece graças ao contínuo apoio da FAPESP aos esforços do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA/FAB) em demonstrar a viabilidade da construção de veículos capazes de voar acima de 6 vezes a velocidade do som, em vôo hipersônico. O 14-X será capaz de atingir dez vezes a velocidade do som (mais de 11.000 km/h).


O que se almeja para o futuro é a construção de avião hipersônico capaz de dar a volta ao planeta em poucas horas sem precisar queimar combustível fóssil.

Ele utilizará o próprio ar atmosférico como oxidante, ou seja, para a queima do hidrogênio líquido (combustível). E só levará o oxigênio necessário para a queima do combustível no trajeto fora da atmosfera terrestre.

O
motor hipersônico brasileiro já existe e está sendo testado no novo Túnel De Vento Hipersônico Pulsado (T3) do DCTA.

O 14X HIPERSÔNICO

A nave brasileira hipersônica com a tecnologia de propulsão com ar aspirado já existe hoje além do papel. Será um veículo aéreo não-tripulado (VANT) com objetivo de colocar satélites em órbita.

Tendo sido batizado de 14-X, tal nave deveria voar até 2010, mas atrasos fizeram a FAB mudar o ano para 2012 e depois 2013.

Trata-se de óbvia referência ao 14 Bis de Santos Dumont, o primeiro avião da história. A concepção do 14-X é de autoria do mestrando 1º Tenente Tiago Cavalcanti Rolim, que se formou no ITA em 2005. Mas ele nasceu mesmo como projeto em 2007, quando o já capitão-engenheiro Rolim iniciou mestrado no ITA e foi aprovado com uma tese sobre a configuração "waverider".

No segundo semestre de 2007, o Instituto de Estudos Avançados (
IEAv) deu início aos testes com um modelo experimental reduzido do 14-X.

Trata-se de uma aeronave com 80 cm de comprimento, construída em aço inoxidável, que é equipada com sensores de pressão, fluxo de calor e força para uma série de testes no T3.

Modelo de 80 cm do 14-X Hipersônico em ensaio de vento no T3 (Foto FAB)

Os testes em túnel de vento simulam as condições de vôo do modelo experimental reduzido, sobre o qual são instalados sensores de pressão e temperatura para registro dos dados. Uma câmera filmadora de alta velocidade - dois milhões de quadros por segundo - permite a visualização do escoamento de ar sobre a fuselagem.

Demonstração de ensaio de vento do modelo do 14-X no T3 ao Comandante Juniti Saito, em 2 de junho de 2008. (Foto FAB)

A etapa seguinte será a construção do modelo de vôo. Será uma aeronave com 2,5 m de comprimento e cerca de 300 quilos de peso. Ela será lançada por um foguete até atingir o ponto de combustão hipersônica. Isso porque o motor não terá capacidade de aceleração a partir de zero.

O lançamento do 14-X poderá ser feito por um foguete de sondagem
VS-40 ou um foguete do tipo do Pegasus, que colocou em órbita os satélites SCD-1 e SCD-2, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE).

Foguete de sondagem VS-40

Características

  • Comprimento (mm) 6725
  • Massa da carga útil (kg) 500
  • Diâmetro (mm) 1000
  • Massa total de partida (kg) 6,737
  • Massa de combustível (kg) 5,054
  • Massa estrutural (kg) 1,028
  • Apogeu (km) 650
  • Tempo em microgravidade (s) 760

O motor do 14X não será uma peça à parte, como é habitual hoje. Ele só funcionará integrado à aeronave. Os testes desse motor hipersônico tiveram início em outubro de 2009.

A nave como um todo puxa o ar da atmosfera para a queima do combustível pelo motor. Com isso, o 14-X será uma formidável plataforma de testes para conceitos inovadores.


Durante o vôo, o ar é comprimido pela própria geometria e velocidade do veículo e é direcionado para uma câmara na parte inferior do avião, onde também é injetado gás hidrogênio, que entra em combustão supersônica.

A previsão é que o 14-X seja lançado de um foguete brasileiro em 2013 ou 2014. Isso [usar um foguete] porque o motor precisa de um impulso inicial até que atinja o ponto de combustão.

O 14-X Hipersônico visto de perfil

Outra tecnologia de ponta que está sendo utilizada no projeto do 14-X é o conceito "waverider", responsável pela sustentação da aeronave, através da formação de uma onde de choque na parte inferior do veículo. A tecnologia waverider confere alta razão de planeio ao veículo, que voa mais longe com a mesma quantidade de combustível.

A aeronave usa ondas de choque criadas pelo voo hipersônico para ampliar a sustentação. É como se, ao nadar, um surfista gerasse a onda na qual irá deslizar.

Seu primeiro teste em voo, ainda sem a separação do foguete utilizado para a aceleração inicial, deverá ocorrer em 2013.

Em seguida, a Força Aérea Brasileira planeja outros dois experimentos: um com acionamento dos motores scramjet, mas com a aeronave ainda acoplada, e outro com funcionamento total, quando a velocidade máxima deve ser atingida.
O grande desafio no desenvolvimento da tecnologia de altíssimas velocidades é a construção dos motores scramjet. Um engenheiro ligado ao projeto compara a dificuldade de ligar tais propulsores a "acender uma vela no meio de um furacão".

O foguete gerará o movimento inicial e fornecerá o fôlego necessário ao 14-X, cujos propulsores scramjet serão então acionados a mais de 7.000 km/h. Daí, ele será capaz de chegar ao limite de até dez vezes a velocidade do som ou mais de 11.000 km/h.

Esse será o caminho eficiente de acesso ao espaço em um futuro próximo. As aplicações práticas vão além do lançamento de satélites ou dos voos suborbitais.

O 14-X Hipersônico

TECNOLOGIA WAVERIDER

A tecnologia waverider proporciona sustentação utilizando onda de choque, formada durante o voo supersônico/hipersônico na atmosfera terrestre, originada no bordo de ataque e colada no intradorso do veículo, gerando uma região de alta pressão, resultando em alta sustentação e mínimo arrasto. O ar atmosférico, pré-comprimido pela onda de choque, que está compreendido entre a onda de choque e a superfície (intradorso) do veículo, pode ser utilizado em sistema de propulsão hipersônico aspirado baseado na tecnologia scramjet.

TECNOLOGIA SCRAMJET


A tecnologia scramjet (supersonic combustion ramjet) faz uso de um estatoreator (motor aeronáutico aspirado) que não possui partes móveis e que utiliza ondas de choque, geradas durante o voo hipersônico (de veículos aeroespaciais), para promover a compressão e a desaceleração do ar atmosférico. Imediatamente anterior, ou na entrada da câmara de combustão, combustível é injetado e misturado com oxigênio existente no ar atmosférico.

Como a mistura entra na câmara de combustão em velocidade supersônica, o processo de combustão se dá em regime supersônico, denominada de combustão supersônica, consequentemente tecnologia scramjet. O produto da combustão é expelido na região de exaustão (expansão).

BRASIL E O MUNDO
Com tudo isso, o Brasil está tendo a oportunidade inédita de seguir na dianteira de uma linha de pesquisa avançada em momento estratégico, pois nenhum país no mundo domina ainda a tecnologia dos motores hipersônicos. Os outros países que buscam dominar essa tecnologia são os EUA, Japão, Austrália e Rússia.

Em 2004, a NASA quebrou o recorde de velocidade para uma aeronave com o modelo X-43A, que em apenas dez segundos atingiu 10 mil km por hora, algo próximo a Mach 10 (10 vezes a velocidade do som). Essa velocidade hipersônica foi obtida por meio de motores do tipo
scramjet ou motores a propulsão aspirada.

Em continuidade a esse programa, batizado de Hyperx, a NASA e a Boeing estão desenvolvendo o veículo hipersônico X-51. Os EUA pretendem usar essa tecnologia em mísseis intercontinentais.

O australiano HyShot atingiu altitude de 300 km em trajetória vertical, através do foguete Terrier-Orion. No voo descendente, o veículo da Universidade de Queensland alcançou cerca de 35 km de altitude e Mach 7.6.

Entre os civis, a esperança é de que o voo hipersônico possa se tornar uma realidade em viagens turísticas. Ir de São Paulo a Londres em apenas uma hora não seria nada mal.

A REVOLUÇÃO DE UM TANQUE A MENOS

Uma revolução na área espacial precisa ser ressaltada. Atualmente, nos métodos de lançamento convencionais, os veículos lançadores utilizam motores-foguete, que carregam tanto o combustível como o oxidante.

Os veículos espaciais precisam levar um tanque de combustível e outro de oxidante (a substância que faz com que o combustível queime, como o hidrogênio). A revolução será o uso de um tanque a menos.

Os experimentos permitirão o desenvolvimento de veículos lançadores de satélites que utilizem sistemas de propulsão com ar aspirado, que é uma tecnologia ainda inexistente no mundo. Na propulsão com ar aspirado, carrega-se apenas o combustível. O oxidante passa a ser o oxigênio do ar atmosférico.

Aeronaves como o 14-X permitirão capturar o ar da própria atmosfera e utilizá-lo como oxidante. Com um tanque a menos, a nave ficará mais leve, o espaço para carga útil aumentará e as viagens serão mais baratas.

Como o peso do oxidante é maior do que o do próprio combustível, a carga útil do veículo lançador aumenta, tornando possível carregar mais satélites. Atualmente, um satélite não pode passar de 5 % do peso total de um veículo lançador de satélites.



FONTE: site “Defesa Br”  (http://www.defesabr.com/Tecno/tecno_14X.htm). [Características do VS-40 obtidas no google/Wikipedia e adicionadas por este blog 'democracia&política'].

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