Testes a motores de foguetões – caracterização da impulsão, pressão e vibração

Know your rocket engine by heart – with Kistler test and measurement technology

Os foguetões são expostos a pressões elevadíssimas, especialmente durante o lançamento. Para evitar avarias durante a operação, as peças dos foguetões — especialmente os motores dos foguetões — são submetidas a testes e inspeções exaustivos. Por exemplo, os motores de foguetões novos ou modificados requerem testes para assegurar que não ocorram instabilidades de combustão. Quando se usa propulsor líquido, o mecanismo de fornecimento precisa de ser caracterizado e otimizado. Medir a pressão de ignição dinâmica é essencial para o lançamento seguro dos foguetões.

Até 750 Hz

Medição da força dinâmica de alta frequência

Até 700 °C

Medição dinâmica da pressão diretamente na câmara de combustão: com sensores de alta temperatura (que funcionam a a 1000 °C por curta duração)

Criogénica

Caracterização dinâmica do fornecimento de combustível propulsor líquido com sensores piezoelétricos de pressão e de aceleração

Medição a longo prazo

da pressão estática com sensores de pressão piezorresistivos

High temperature accelerometers allow for precise monitoring of pressure pulsations and fluctuations in rocket engines.

Caracterização da impulsão, da pressão dinâmica e da vibração

A eficiência de combustível nos combustíveis sólidos para foguetões a combustível sólido, ou a mistura de combustível no caso de foguetões a combustível líquido, é uma das principais preocupações dos designers de motores de foguetões. Caracterizar a propulsão do próprio motor proporciona uma compreensão clara de quanta propulsão pode ser produzida com um determinado desenho do bocal. Isto permite aos engenheiros calcular a impulsão específica do material de combustão e estudar as diferentes fases do funcionamento de um motor de foguetão — como ignição, queima e desligamento. Os dinamómetros de 6 componentes específicos para cada cliente, baseados em tecnologia piezoelétrica, costumam ser utilizados para tais investigações.

Esta abordagem também fornece uma compreensão profunda da injeção e da mistura de componentes do combustível, do tempo de ignição e da combustão — conhecimentos essenciais para verificar o desempenho seguro de um motor de foguetão e promover o desenvolvimento de tecnologias de propulsão. Os sensores piezoelétricos de pressão e aceleração da Kistler abrangem uma gama extrema de estabilidade e dinâmica, a temperaturas extremamente elevadas, necessárias para enfrentar os desafios encontrados em ambientes extremos na câmara de propulsão.

Alta frequência natural

Fornecemos sensores de força com frequências naturais superiores a 50 kHz, para medições altamente dinâmicas.

Variabilidade

A tecnologia dos sensores PE permite medições de força quase estáticas e dinâmicas com alta resolução.

Adaptabilidade

Os sensores de força monocomponentes e multicomponentes da Kistler podem ser combinados com dinamómetros específicos para cada aplicação.

Static pressure monitoring and characterization

Monitorização e caracterização da pressão estática

Por último, mas não menos importante, a monitorização da pressão estática é outra medida importante nos testes a motores de foguetões. Este processo, realizado numa plataforma de testes para motores de foguetões, inclui a monitorização e o controlo do fluxo do propulsor, bem como a medição da pressão estática na câmara de combustão. A monitorização e o controlo do fluxo do propulsor para motores de foguetões a combustível líquido requer sensores de pressão estática. Os sensores de pressão “piezoresistivos” da Kistler utilizam um elemento sensor de silício micromaquinado e com cavidades. São adequados para aplicações com meios que são compatíveis com cápsulas cheias de óleo de silicone.

Resposta à frequência

A medição de pressão estática a longo prazo exige tecnologia piezorresistiva, com funcionamento inerente de 0 Hz a 5 kHz, ao contrário dos sensores piezoelétricos, que apenas permitem um funcionamento quase-estático.

Segurança intrínseca

Dependendo da utilização e instalação do sensor de pressão, pode ser necessária uma proteção inerente contra a ignição de ambientes explosivos.

Estabilidade a longo prazo

Os sensores de pressão piezorresistivos utilizam um elemento sensor de silício, micromaquinado, preenchido com óleo e gravado por cavidades, que fornece uma estabilidade inerente de 0,1%/ano, a longo prazo.

Combustion instability investigations use high-temperature Type 6021A pressure and Type 8209A acceleration sensors

Monitorização dinâmica da pressão e da vibração

A compreensão profunda da injeção dos componentes do combustível e sua mistura, tempo de ignição e combustão é absolutamente essencial para verificar o desempenho fidedigno dos motores de foguetões e para impulsionar o desenvolvimento das tecnologias de propulsão. Os sensores piezoelétricos de pressão e aceleração da Kistler abrangem a gama extrema de estabilidade e dinâmica de temperaturas ultraelevadas necessária para enfrentar os desafios encontrados em ambientes de câmara de propulsão extrema.

Acelerómetros de temperatura ultraelevada

Os sensores podem ser montados perto da câmara de combustão e são a escolha de eleição para a medição otimizada da instabilidade da combustão. Em tais aplicações, as temperaturas podem atingir até 550 °C (930 °F).

Acelerómetros e sensores de pressão criogénicos

Os acelerómetros piezoelétricos e os sensores de pressão criogénicos abrangem uma excelente gama de temperaturas de até -196 °C ( s320 °F).

Sensores de alta pressão para a ignição

Durante a medição na fase de ignição, os sensores de alta pressão altamente dinâmicos detetam picos de alta pressão, eventos de choque térmico muito elevados e de subidas rápidas, com uma exposição bastante severa do diafragma do sensor.