Dissertação

{pt_PT=Hypersonics: laying the road ahead} {} EVALUATED

{pt=O desafio hipersónico começou há quase um século atrás; não obstante, apesar dos recentes progressos tecnológicos, continua a não ser uma realidade nos dias de hoje. Desta forma, o objectivo deste trabalho prendeu-se em identificar as razões por detrás disto e apresentar possíveis soluções. Para isso, foi realizada uma pesquisa sobre actuais barreiras tecnológicas, identificando os requisitos críticos. Seguidamente, elaborou-se uma lista de potenciais tecnologias com capacidade de preencher esses requisitos, reunindo informação do seu estado atual de maturação e tempo estimado até implementação. Algumas destas tecnologias foram recomendadas para as diferentes aplicações hipersónicas. Desta lista, modelaram-se três motores no SUAVE, uma ferramenta desenvolvida pela Embraer e pela Universidade de Stanford, para correr uma análise de baixa-fidelidade de um veículo genérico hipersónico. Como o SUAVE não estava dotado de capacidades hipersónicas, adicionou-se um modelo aerotermodinâmico e outro de distribuição de peso. Os novos modelos foram comparados com códigos numéricos ou dados experimentais para serem validados. Finalmente, foram introduzidos em dois casos de estudo diferentes (uma aeronave de voo cruzeiro e uma SSTO), que avaliaram o desempenho dos mesmos e os requisitos básicos da missão. Com este trabalho, o SUAVE é agora capaz de correr simulações hipersónicas de baixa-fidelidade, o que permite a realização de estudos paramétricos para avaliar a influência de sistemas específicos no desempenho da aeronave; além do mais, também estima a ordem de grandeza dos fluxos de calor em pontos de estagnação. Esta ferramenta tornou-se mais abrangente e está aberto a modificações para oferecer uma análise mais robusta., en=Hypersonics is a very challenging concept that dates back almost a century ago but, despite recent relevant progress, there are still no fully-capable hypersonic products. Therefore, the scope of this work was to identify the reason(s) behind this fact and provide possible solutions. To do so, a survey on barriers preventing hypersonic flight was conducted, which helped identify critical requirements. Next, a list of potential technologies to address them was put together, compiling information on readiness level and expected timeline for implementation. From here, some technologies were recommended for the different applications identified prior. From this filtered list, three supersonic/hypersonic engines (ramjet, scramjet and rocket) were numerically modeled in SUAVE, a framework tool developed by Embraer and Stanford University, to run low-fidelity hypersonic vehicle analysis. Since the tool lacked a solid hypersonic background, a simple aerothermodynamic and weight distribution model were also added. These new features were compared with numerical codes and/or experimental data for validation before being implemented in SSTO and atmospheric cruise mission scenarios that assessed the usefulness of new technologies and the performance of its subcomponents. With this work, SUAVE is now able to run basic hypersonic simulations; parametrization studies on engine subcomponents can be conducted to identify critical subsystems; it also provides an order of magnitude for the heat fluxes at the vehicle nose. The tool has become more comprehensive and is now open to further modifications and enhancements to provide a more robust analysis.}
{pt=hipersónico, roadmap, tecnologia, baixa-fidelidade, en=hypersonic, roadmap, technology, low-fidelity}

Julho 9, 2018, 14:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

José Carlos Fernandes Pereira

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Catedrático

ORIENTADOR

Mário António Prazeres Lino da Silva

Departamento de Física (DF)

Prof Auxiliar Convidado