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BTCA
Banco de Testes em Condições Atmosféricas
Objetivo
Desenvolver e testar propulsores aeroespaciais em condições atmosféricas, de forma segura e confiável.
Instalações
O BTCA foi concebido pelo Dr. José Gobbo Ferreira e a sua construção foi iniciada em 1996 com apoio financeiro do CNPq, FINEP, INPE e FAPESP. As instalações incluem um ponto fixo, onde são montados os motores para testes, linhas de alimentação para combustíveis, oxidantes e monopropelentes, tanques de propelentes e uma sala de controle. Por razões de segurança, as linhas de propelentes são divididas em duas baias, uma para a parte gasosa e outra para o propelente pressurizado. Todas essas três seções são separadas entre si por paredes de concreto. As linhas são alimentadas por um conjunto de cilindros de nitrogênio aeroespacial. Os tanques dispõem de visor de nível e medição local de pressão. Circuitos de despressurização permitem que os vapores sejam neutralizados antes de liberá-los para a atmosfera, além de contar com atuadores pneumáticos controlados remotamente. As três linhas contam com Medidores de vazão do tipo Coriolis. Todos os componentes das linhas que podem entrar em contato com os propelentes são de aço inoxidável ou PTFE. O banco dispõe de uma bancada de aferição e calibração de sensores e transmissores, recentemente certificada em procedimento rastreado pelo INMETRO, com capacidade para receber transmissores de tensão, corrente e frequência, bem como sensores de temperatura, pressão e força nas mais variadas escalas. Conta ainda com os serviços da oficina mecânica com capacidade para usinagem de precisão e do Laboratório Químico para as análises de propelentes e efluentes.
Instrumentação
Propulsores químicos para satélites e foguetes são componentes de alta tecnologia que necessitam de condições especiais para o seu desenvolvimento e teste. As principais características dos sistemas de comando dos testes e de aquisição de dados implementados no BTCA, são:
- comando do motor totalmente automatizado
- possibilidade de comandar manualmente caso necessário
- armazenagem das seqüências de testes individuais para cada tipo de propulsor
- tempos de comando extremamente precisos
- dados adquiridos em cada teste armazenados individualmente
- mix de dados com alta taxa de aquisição e alta resolução
- programação de limites de segurança (alarmes) para cada grandeza, monitorados em tempo real
- ações de emergência programadas e executadas automaticamente
- mínimo tempo entre a detecção do alarme e a execução da ação de emergência
- registro visual dos testes (videos) com redundância
Esquema do Sistema de Controle e Aquisição
O sistema de controle e aquisição foi concebido para maximizar a utilização das instalações existentes, sendo um sistema modular que permite a programação de testes para os mais diversos tipos de propulsores. Os dados, tais como pressões nas entradas de propelente, na câmara de combustão, vácuo na câmara de teste, empuxo, temperaturas e vibração são monitorados e registrados. Câmeras de vídeo acompanham o ensaio em vários ângulos Uma câmera de vídeo infravermelho também pode ser usada para visualização da distribuição de temperaturas. Um sistema de segurança desabilita qualquer eventual comando manual ou automático vindo da Sala de Comando, protegendo os operadores, as instalações e o propulsor em teste. O Comando manual permite pilotar as válvulas, bem como desabilitar todo o sistema. Além disso fornece um retorno visual do estado dos comandos, independente do sistema automático. O Sistema Real-Time contêm placas de aquisição e controle de alta velocidade e resolução, condicionamento de sinais, fontes de energia e drivers de saída. Utiliza um sistema operacional específico e se comunica com a Interface Homem-Máquina através de uma rede de alta velocidade.
Além dos programas supervisórios e de controle dos testes, são desenvolvidos programas específicos para a análise dos dados, permitindo a visualização imediata, após cada teste, das curvas de todos os parâmetros, com análise matemática dos dados e valores estatísticos.
Utilização do banco
Exemplos do desenvolvimento de propulsores realizados no BTCA ao longo dos últimos anos:
O propulsor funciona pela decomposição catalítica da hidrazina e é adequado para emprego no controle de órbita e atitude de satélites. Seu empuxo médio é de 2 N. Essa categoria de testes serve não só para avaliar o desempenho dos motores, mas também para apoiar os projetos de desenvolvimento e aperfeiçoamento de catalisadores.
No campo da Propulsão Sólida, foi desenvolvido no BTCA um motor a propelente composite para emprego em um foguete para captura de descargas atmosféricas.
O vídeo mostra, na ordem, os ensaios para seu desenvolvimento, o teste de sua configuração definitiva, o ensaio de qualificação do motor em vôo de foguete e, por último, a captura de um raio durante o dia e de outro à noite. O foguete é lançado e ao subir, desenrola atrás de si uma bobina de fio com alma metálica que, ao se desintegrar, cria um caminho para a descarga. São feitos principalmente dois tipos de testes: no primeiro, chamado de 'Tiro conectado', todo o fio da bobina contêm a alma metálica, o que permite conduzir a descarga até a própria torre de lançamento, para o levantamento de suas características. O segundo é chamado de 'Tiro não conectado', no qual junto à torre existem diversos para-raios e os últimos 100m do fio da bobina não contêm a alma metálica. Assim a descarga é 'solta' naquela altura e teoricamente escolhe o para-raio mais eficiente.
Foram desenvolvidos no BTCA modelos de estato-reatores acoplados a geradores de ar viciado, que funcionaram com diversos polímeros de uso corrente, para dissertações de Mestrado do Curso de Pós-graduação oferecido no LCP.
A primeira parte do vídeo mostra uma foto do teste com polietileno, cuja rigidez estrutural dispensa a utilização de um envelope metálico. Logo após são mostrados os testes com polibutadieno na horizontal na vertical.
Foi desenvolvido um motor híbrido de 200N utilizando tetróxido de nitrogênio como oxidante e parafina como combustível, para tese de Doutorado do Curso de Pós-graduação oferecido no LCP.
