O princípio do foguete

Em um foguete a reação química combustivel-oxidante produz grande quantidade de gases a alta temperatura e elevada pressão. Essa energia química é convertida em energia cinética na túbera de exaustão.

Os propelente podem ser sólidos, líquidos ou gasosos, ou uma combinação deles. Na pratica ou são sólidos ou líquidos, estabelecendo-se clara preferencia pelos sólidos. São mais simples e econômicos, embora a idéia geral é que sejam misturas complexas. Ao contrario, os combustíveis são comuns , como álcool ,gasolina , carvão plástico, ou pólvora.

Na parte superior ilustra-se o principio de funcionamento do motor de qualquer foguete , demostrando como ocorre a reacão. Na parte inefrior ilustra-se um corte lateral e outro transversal do grao que é uma peca feita unicamente do composto quimico que queima totalmente . O desenho é tubular conico, significa que significa uma saida rapida.

Todavia , lograr o efeito desejado, depende muito de outros produtos que proporcionam a combinação adequada ao desenvolvimento da energia necessária.

Para efeitos comparativos entre propelentes usa-se o ISP, impulsão especifica que é o quociente da impulsão total pelo peso do propelente, onde a impulsão total é a integral da curva de empuxo pelo tempo de queima. Empuxo é a forca que o propelente faz, medida em quilos.

Simplificando, usamos uma balança comum, colocando o motor no prato, com a túbera para cima. Queimando, ele faz forca para baixo e o ponteiro da balança marca em quilos essa forca.

A temperatura inicial de queima , o calor desenvolvido antes de iniciar o vôo, é outro fator decisivo. Por exemplo, um motor-foguete a l32*F queima em 2.5 segundos a 2.500 Psi. O mesmo a 12*F queima em seis segundos com 750 Psi.

E se as temperaturas elevadas aumentam a performance, as baixam a reduzem e ate inutilizam o grão. Nas temperaturas muito baixas o propelente fica frágil e lento.

Sob o aspecto químico o calor facilita a queima aumentando a velocidade de combustão. Sob o aspecto físico , o frio, provoca fissuras e rachaduras que aumentam a superfície original de queima e podem levar a explosão.

E inacreditável o numero de variáveis que prejudicam um motor foguete, quando fora da faixa 0-50* graus centígrados.

Se frio explode porque o congelamento trouxe rachaduras. Se ignita, não funciona porque o calor de partida é pouca para iniciar o grão frio. Se ascende o (descolamento) lançamento . Se descola, o vôo é errático, desequilibrada porque a queima é erosiva, falhando. Se mantém o vôo fica com velocidade reduzida chegando ao alvo muito tempo depois do previsto.

Outro fator importante é a pressão dentro do motor. Alem do calor é necessário manter a pressão interna, em altos níveis , pois a maioria dos propelente não sustenta uma queima uniforme em baixas pressões. Se ao contrario a pressão subir demais , as paredes podem não suportar e ocorre explosão.

Nos foguetes, a explosao é quase sempre uma explosão física , e não uma explosão química . . A câmara se rompe por falta de resistência a pressão. Essa diferença é valida porque o "desculatramento", ou rompimento da túbera por falta de resistência mecânica é muito comun Principalmente nos casos da tubeira ser uma tampa do corpo do motor. Não se pode confundir com uma detonação proveniente de degeneração química , onde o grão torna-se explosivo. Essa diferenciacão é importante do ponto de vista mecanico da construcão do corpo do foguete

O foguete sinalizador é do tipo usado em barcos e navios - 40 cm -. O foguete anti-granizo é de uso agricola com até um metro de altura e aletas . O foguete rotativo é de multiplos usos e varia de 15 a 70 cm . O foguete para submarino é de sinalizacão com 70 cm . O foguete de vara é o conhecido rojão de fogos de artificio - 10 até 30 cm.

Composites

Chamamos composite as composicoes quimicas propelentes.

Os propelentes sólidos feitos com um oxidante e uma resina são composites fabricadas por extrusao, com ou sem solvente, prensagem e moldagem , ou polimerizacao direta.

Nos foguetes de nitrocelulose a extrusao do grão é o processo mais usado. Com pólvora negra a prensagem é a solução ideal. Nas composites com resinas termoplásticas também.

Contudo o processo mais conhecido é a moldagem ou polimerizacao direta que significa endurecer a composição formando o grão por meios físico-químicos.

O processo é simples . É como fazer uma peca de plástico. Com mais cuidado, é claro. Misturam-se os produtos não oxidantes em uma masseira ou batedeira, com revestimento apropriado.

Coloca-se a resina, quase sempre liquida( de um ou dois componentes, acelerada ou não) previamente catalisada.

Ainda pastosa a mistura é derramada em um molde ou colocada diretamente no corpo do motor. Colocam-se os moldes do nucleo do grão e leva-se a um tratamento termico.No caso de asfalto esfria-se, no caso da maioria das resinas , aquece-se em estufas por horas ou semanas (até polimerizar.

Examina-se o grão com raio X ou ultra-som. Processa-se sempre na ausência de ar, no vácuo , para evitar bolhas na mescla , e misturas po'-ar que resultam explosivas. Vibradores, socadores ou prensas ajudam a homogeneizar o grão.

Quando ao corpo do motor, convém um isolamento térmico periférico e terminal. Um revestimento de grafite ou cerâmica refrataria na túbera : fechamento por flanges com anéis de vedação resistentes; aterramento (elétrico) constante; inibição das faces do grão que não devem queimar, e colocação de iniciadores.. Alias a iniciação é ponto chave. Um dos fundamentos da boa queima é a ignição concomitante em todas as faces de combustão. Um retardo imprevisto na distribuição do fogo pode ser problema serio.

INICIAÇÃO DO GRAO

Os processos de iniciação do grão dependem do desenho do grão

Ha grãos tubulares, multi-perfurados, liso e macissos.

Basicamente temos iniciadores internos e externos. Nos internos usa-se uma carga iniciadora na parte mais interna, oposta a túbera, de modo a produzir um jato de fogo paralelo as faces internas de queima do grão. Usa-se mistos ou pólvora lenta, que na pratica resulta acelerada, fornecendo a chama e o calor necessários em centésimos de segundo.

Nos iniciadores externos coloca-se a a carga junto a saída, próximo a área convergente da túbera, junto a face mais externa do grão. Usa-se uma pólvora lenta