Investigación experimental del vehículo aeroespacial brasilero 14-X B

Abstract

El vehículo hipersónico aeroespacial brasilero 14-X B (VHA 14-X B) es un demostrador tecnológico del sistema de propulsión hipersónica aspirada, basado en la combustión supersónica (scramjet), diseñado para volar en la atmosfera terrestre a una altitud de 30 Km e número de Mach 7. El VHA 14-X B actualmente se encuentra en desarrollo en el laboratorio de aerotermodinámica e hipersónica Profesor Henry T. Nagamatsu del Instituto de Estudios Avanzados (IEAv). Una de las metodologías más importantes en el análisis y desarrollo de vehículos hipersónicos aeroespaciales son los túneles de viento hipersónicos pulsados, los cuales son instalaciones experimentales en tierra capaces de simular las condiciones de vuelo hipersónico generando datos experimentales para el diseño del vehículo. En este trabajo fue utilizado el túnel de viento hipersónico pulsado T3, operado con base en la técnica de onda de choque reflejada, el cual posee 61 cm de diámetro en la salida de la tobera. El túnel T3 fue financiado por la Fundação de Amparo a Pesquisa de São Paulo (FAPESP) y fue diseñado para investigación y desarrollo en el área de combustión supersónica. Se trata de un tubo de choque equipado con una tobera convergente-divergente usada para producir números Mach elevados y flujos de alta entalpia en la sección de pruebas, los cuales son próximos a los encontrados durante el vuelo de un vehículo aeroespacial en la atmosfera terrestre. El modelo del 14-X B, de 1 metro de largo en acero inoxidable, fue instrumentado con 28 transductores de presión piezoeléctricos PCB en las superficies de la sección de compresión, cámara de combustión y de expansión. La investigación experimental fue realizada utilizando el túnel T3 en el modo de operación de equilibrio de interface, logrando velocidades de flujo libre con números de Mach entre 7 y 8. Medidas de presión estática en el intradós del modelo 14-X B, así como fotografías schlieren del borde de ataque del modelo, ofrecen los datos experimentales que son comparados con los análisis teórico-analíticos y simulaciones computacionales de dinámica de fluidos, ambos utilizados en el diseño del modelo VHA 14-X B.