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ENGENHARIA AERONÁUTICA 

Mais rápido do que uma bala

Pesquisadores brasileiros desenvolvem veículo aéreo que se deslocará em velocidade hipersônica

Modelo de laboratório do vant

Léo Ramos Chaves

Se tudo correr como planejado, a Força Aérea Brasileira (FAB) realizará dentro de dois anos o ensaio em voo do primeiro motor aeronáutico hipersônico feito no país. O teste integra um projeto mais amplo cujo objetivo é dominar o ciclo de desenvolvimento de veículos hipersônicos, que voam, no mínimo, a cinco vezes a velocidade do som, ou Mach 5. Mach é uma unidade de medida de velocidade correspondente a cerca de 1.200 quilômetros por hora (km/h). O programa é coordenado pelo Instituto de Estudos Avançados (IEAv), um dos centros de pesquisa do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA) da FAB, em parceria com a empresa Orbital Engenharia, ambos de São José dos Campos (SP).

Além do motor hipersônico, o projeto Propulsão Hipersônica 14-X (PropHiper), iniciado em 2006, prevê a construção de um veículo aéreo não tripulado (vant), onde o motor será instalado. Batizado de 14-X, em homenagem ao 14-Bis, o vant empregará o conceito de waverider, no qual uma onda de choque gerada abaixo dele, em razão de sua alta velocidade, lhe fornece sustentação. É como se, durante o voo, o veículo “surfasse” na onda induzida por ele.

VANT 14-X
Comprimento 4 m
Envergadura 1,2 m
Peso cerca de 750 kg
Velocidade 12.000 km/h
Altitude de voo 30.000m a 40.000m

“Ainda não há aeronaves hipersônicas em operação rotineira no mundo. Essa tecnologia simboliza o estado da arte mesmo para países como Estados Unidos, Rússia e China”, informa o coronel Lester de Abreu Faria, engenheiro eletrônico e diretor do IEAv. “Todos buscam esse conhecimento e, apesar do longo tempo de desenvolvimento, não estamos muito atrás dos líderes mundiais.”

De acordo com Israel Rêgo, gerente do projeto PropHiper, o motor hipersônico em desenvolvimento no país, do tipo scramjet (supersonic combustion ramjet), também poderá ser empregado como segundo ou terceiro estágio de propulsão de foguetes – esses veículos espaciais são dotados de vários estágios (ou motores), acionados sucessivamente ao longo do voo. No primeiro ensaio, previsto para 2020, o motor scramjet será instalado em um foguete de sondagem do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), unidade do DCTA voltada ao desenvolvimento de tecnologias para o setor aeroespacial. O projeto teve apoio da FAPESP.

Léo Ramos Chaves Ensaio do motor scramjet em túnel de ventoLéo Ramos Chaves

Já o veículo aéreo hipersônico integrado ao motor scramjet poderá ser usado como avião de passageiros ou para fins militares. Em 2018, Rússia e China testaram com sucesso os mísseis hipersônicos Avangard e Xingkong-2, respectivamente. Nos Estados Unidos, a Lockheed Martin está construindo um veículo hipersônico para voo a Mach 6.

Desde o início do projeto, já foram investidos R$ 53 milhões no 14-X, programado para voar a Mach 10 (12 mil km/h) (ver infográfico). “Metade do tempo do programa destinou-se à capacitação de pessoal e à implantação da infraestrutura laboratorial, com destaque para o túnel de choque hipersônico T3 onde são feitos os ensaios aerodinâmicos [ver Pesquisa FAPESP no 135]”, conta Rêgo. “O grande salto agora é ‘sair’ do laboratório e operacionalizar em voo as tecnologias do waverider e do motor.”

Alguns desafios, no entanto, ainda precisam ser superados. O primeiro é a finalização do scramjet. Assim como os motores de jatos comerciais, o scramjet usa o ar da atmosfera para a queima do combustível. No entanto, ao contrário dos motores dos aviões, o do 14-X não tem partes móveis, como compressores e turbinas. “Na combustão supersônica, o ar capturado deve ser desacelerado, pressurizado e aquecido antes de entrar na câmara de combustão, onde é injetado o combustível. E isso depende da perfeita geometria do motor”, diz Rêgo.

Outra dificuldade do projeto é fazer com que o veículo resista ao atrito gerado pelo voo à velocidade hipersônica. “As partes que sofrem maior aquecimento por fricção com o ar devem ser feitas de materiais resistentes a altas temperaturas, enquanto as mais frias devem ser de aço ou alumínio aeronáutico”, explica o coronel Marco Antônio Sala Minucci, engenheiro aeronáutico e consultor de hipersônica do projeto 14-X.

Por fim, é preciso fazer a perfeita integração entre o motor e o veículo hipersônico, já que o arrasto (força contrária ao deslocamento) no voo hipersônico é muito alto. “A parte frontal do veículo deve funcionar como entrada de ar [no motor], produzindo sua compressão, enquanto a parte traseira deve operar como uma tubeira, transformando a alta temperatura e a pressão da câmara de combustão supersônica em empuxo. Assim, o motor e o veículo tornam-se indistinguíveis, atingindo velocidades de voo extremamente altas”, conta Israel Rêgo.

Projeto
Investigação experimental preliminar em combustão supersônica (nº 04/00525-7); Modalidade Auxílio à Pesquisa – Regular; Pesquisador responsável Paulo Gilberto de Paula Toro (IEAv); Investimento R$ 2.206.289,32.