Abstract

ROBAYO-SALAZAR, Rafael; PORTOCARRERO-HERMANN, Julián; DIAZ-PADRON, Ubaldo  and  PATINO-CASTRILLON, Oscar. Materiais compostos ablativos de matriz polimérica e sua aplicação na fabricação de componentes de propulsão aeroespacial. Rev. Fac. ing. [online]. 2020, vol.29, n.54, e10662.  Epub July 30, 2020. ISSN 0121-1129.  https://doi.org/10.19053/01211129.v29.n54.2020.10662.

O desenvolvimento de sistemas de proteção térmica e materiais compostos de alta temperatura para a fabricação de componentes de propulsão de baixo peso representa um desafio importante para a indústria aeroespacial, especialmente no campo da ciência dos foguetes. A câmara de combustão do foguete, propulsores e boquilhas devem desenhar-se para suportar temperaturas de trabalho superiores aos 1600-2000 °C em um ambiente ablativo severo. Esta pesquisa enfoca-se na obtenção e caracterização de materiais compostos ablativos baseados em uma matriz de resina poliéster (30%) reforçada com materiais particulados (fillers) (67%) e fibras curtas de vidro (3%); destacando que os fillers correspondem a resíduos ou subprodutos industriais tipo escória siderúrgica, escória de alumínio, escória de fundição e resíduo cerâmico. Os compostos foram caracterizados físico-mecanicamente e submetidos a um ensaio ablativo de chama direta (~1600-2000 °C, 120 segundos), reportando níveis de isolamento térmico de entre 72.6-92.9%, com temperaturas máximas na cara oposta à chama de entre 141.6-548.8 °C, e perdas de peso posteriores ao ensaio ablativo de entre 8.5-13.2%. Com base nos resultados obtidos, foram escolhidos os compostos ótimos e sua aplicação foi validada na fabricação de componentes de propulsão tipo bocais de motor-foguete, as quais foram submetidas a uma prova estática de combustão real utilizando um propelente sólido tipo Candy KNSu (65%KNO3-35%Sucrosa). Os resultados obtidos demonstraram a possibilidade de produzir compostos ablativos e sistemas de proteção térmica a partir de materiais de fácil aquisição e altos conteúdos de subprodutos industriais; aplicações que se consideram de muita importância para desenvolver o campo aeroespacial colombiano na construção de foguetes de sondagem com fins científicos, tecnológicos e militares.

Keywords : componentes de propulsão; materiais ablativos; materiais compostos; motor foguete; sistemas de proteção térmica; bocal.

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