Dimensionamento de bomba centrífuga para motor de foguete amador com N2O como propelente

Resumo

A aplicação de bombas centrífugas em motores de foguetes permite um controle preciso da vazão de propelentes líquidos (oxidante, combustível ou ambos) e da pressão com que esses são entregues à câmara de combustão. Desse modo, este estudo tem como objetivo o dimensionamento de uma bomba centrífuga para um motor híbrido amador existente, buscando elevar a pressão do oxidante (N2O), armazenado em um tanque em estado líquido a cerca de 60 bar, para 70 bar, com uma vazão mássica de 0,66 kg/s. Dessa forma, busca-se evitar a queda de pressão que ocorre à medida que o oxidante é consumido devido ao sistema de alimentação utilizado no motor existente. Além disso, para garantir a estabilidade na combustão do motor, é crucial considerar a possibilidade de ocorrência de cavitação na bomba. Os resultados deste estudo confirmam a consistência no dimensionamento da bomba, com valores alinhados às referências adotadas e um número de Thoma cerca de 130% acima do valor crítico, indicando ausência de cavitação. Ademais, a adição da bomba ao sistema de alimentação do propulsor demonstrou um impacto mínimo na massa estrutural do foguete, representando uma redução de apenas cerca de 1,8% da razão empuxo-peso inicial do motor analisado. No entanto, devido à queda de rendimento do motor com o esvaziamento do tanque de oxidante, a bomba tem o potencial de aumentar a razão impulso-peso do foguete em 23,3%.