DINÂMICA DE FLUÍDOS COMPUTACIONAL AUXILIA O IAE NO PROGRAMA ESPACIAL

“Quando nos referimos ao projeto de veículos lançadores de satélites, cada vez mais o emprego de CFD é a única maneira de se obter soluções de forma rápida e economicamente viável”, é o que garantem engenheiros da Divisão de Sistemas Espaciais (ASE) do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE).

A Dinâmica dos Fluidos Computacional ou CFD (Computacional Fluid Dynamics), método computacional utilizado para os estudos de desenvolvimento de veículos nas áreas de aerodinâmica e aerotermodinâmica, pode fornecer contribuições significativas para a área. Ela substitui ensaios em túneis de vento quando extremamente dispendiosos ou impossibilitados de reproduzir as reais condições físicas de um determinado problema.

No Brasil, o emprego de métodos de CFD é ainda mais importante – não há túneis de vento para ensaios que atendam a todos os requisitos de velocidade e condições de escoamento envolvidos no voo desse tipo de veículo – e representam um aumento significativo na precisão dos resultados quando comparados com os obtidos com os antigos métodos de engenharia e empíricos, utilizados nos estudos de desenvolvimento de veículos como o Space Shuttle americano ou o Ariane-4 europeu.

A CFD mantém um nível suficiente de confiança nos resultados, oferecendo segurança na tomada de decisões de projeto. O seu emprego é fundamental desde o momento em que o VLS-1 é colocado na plataforma de lançamento, durante a ignição dos motores, o seu voo subsônico ou a passagem pelo regime transônico, caracterizado por ser um regime de escoamento bastante complexo, até o escoamento supersônico.

O desenvolvimento bem sucedido desse tipo de veículo está diretamente vinculado a soluções das áreas de aerotermodinâmica e propulsão, duas disciplinas que interagem fortemente com outros elementos envolvidos no projeto, tais como estruturas, proteção térmica, acústica, dinâmica de vôo e controle. Esse é um desafio multidisciplinar por excelência.

O emprego de métodos CFD são também úteis na simulação de escoamentos sobre veículos se deslocando através da atmosfera em velocidades hipersônicas – Estas velocidades promovem o aumento da temperatura do ar ao redor destes veículos a níveis muito altos nas regiões da camada limite e depois de ondas de choque. Várias reações químicas associadas com estas altas temperaturas têm início nestas regiões. Estas reações, por sua vez, afetam as propriedades termodinâmicas e de transporte do ar bem como, a sustentação, arrasto e temperaturas superficiais a que estes veículos estão submetidos.

Nesse caso, somente soluções numéricas das equações da aerotermoquímica são capazes de simular os escoamentos viscosos, com reações químicas, de maneira a se obter os carregamentos aerodinâmicos e térmicos a que este tipo de veículo está sujeito.

Naturalmente, a utilização dessa metodologia, por mão de obra especializada, é uma das formas de se alcançar o sucesso no desenvolvimento de uma família de veículos lançadores de satélites do Programa Espacial Brasileiro, garantindo, assim, o acesso autônomo do Brasil ao espaço.