Simulação computacional da bobinagem filamentar não-geodésica de vaso de pressão de motor foguete

Abstract

INTRODUÇÃOOs propulsores dos estágios superiores dos veículos espaciais destacam-se, entre os componentes dos quais se obtém uma grande margem de benefícios, quando produzidos em materiais compósitos, pois os mesmos garantem uma boa relação entre redução de massa estrutural e ganho de carga útil, bem como o de se possibilitar a produção em tempo reduzido. Essa relação varia de foguete para foguete, mas pode partir de aproximadamente 1 kg ganho de carga útil para 80 kg de economia de massa em estágios iniciais, chegando a 1 kg para 1 kg no último estágio (Heitkoetter, 2009).A bobinagem de fibras para a fabricação de envelopes-motores com materiais compósitos é uma técnica muito utilizada na indústria aeroespacial. Essa técnica consiste da bobinagem de um reforço, que pode ser uma fibra ou fita de material estrutural, em torno de um mandril, o qual dará a forma final para a peça.O caminho de deposição do reforço pode possuir diversos padrões, dependendo dos esforços solicitantes na estrutura, assim como do seu formato final desejado. A possibilidade de se depositar as fibras, orientando-as de forma a atender às direções de tensão mais altas constitui uma das grandes vantagens do método de bobinagem, em que se consegue um melhor arranjo dos reforços na estrutura para se aumentar a resistência estrutural no local e direções necessárias.Para uma bobinagem filamentar de vasos com aberturas polares iguais, utiliza-se uma bobinagem helicoidal geodésica isotensoidal, pois esse modelo fornece tensões nos filamentos e elimina o escorregamento durante a fabricação (Heitkoetter, 2009). Quando se tem aberturas polares diferentes pode-se utilizar uma bobinagem planar. Este modelo de bobinagem permite a fabricação de vasos com filamentos orientados primariamente na direção das tensões principais, contudo, quando os diâmetros das aberturas se tornam grandes ou compridos, esta bobinagem se torna instável e um excessivo escorregamento pode ocorrer (Heitkoetter, 2009).