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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 que queima lançando "fagulhas"para ignitar o grão. Não raro usa-se cobrir toda a face de queima com a pólvora iniciadora. Uma "pintura "bem fina, que pode ser mesmo de laca nitrocelulose e polvora.O squib pode ser localizado no terminal superior, ou inferior, penetrando pela túbera. Esta espoleta pode ser presa ao lançador, mantendo a túbera vedada. Ao comando elétrico, detona , ignita a pólvora iniciadora e abre a túbera.
De qualquer forma túbera deve ser lacrada durante a armazenagem do motor-foguete.

Propelentes

O propelente mais antigo é a pólvora negra.
Em outro capitulo veremos os tipos e meios de fabrico. Como propelente ele é um composto com um milênio de uso eficaz. Não é dos mais potente, mais já esteve na maioria absoluta dos motores que o homem construiu. Forma um grão muito sensível, com tendência as rachaduras e com uma velocidade baixa de exaustão. Como iniciadora de grão é praticamente insuperável.
Os propelente homogêneos, a base de pólvora de base simples ou base dupla (nitrocelulose simples, ou com nitroglicerina) foram bastante usados. A balistite como 5l,4% de NC e 43,2% de NG tem um impulso 5 vezes superior a PN (pólvora negra).E não produz fumaça. É instável, sujeita a detonacao , com fabricação trabalhosa e razoável toxidade. Na proporção de 0,1 a l2% este propelente recebe dietiltftalato como plastificante, o nitrato de potássio como agente balístico ou supressor de chama, a difenilamina com estabilizante, o negro de fumo ou nigrosina como opacificante e não raro estearina como, lubrificante.
O tipo galcite é um propelente feito com 25% de oleo e asfalto, e 75% de perclorato de potássio. O impulso é 3 vezes superior a pólvora negra e muito estável a temperatura. Fácil de fabricar, bastante seguro, não apresenta higroscopicidade, mas produz fumaça densa . Uma variante é feita com 80% de perclorato de amônio, asfalto e aditivos.
A NDRC consiste em 46,5% de picrato de amônio e partes iguais de nitrato de sódio com 7% de aglutinante resinoso.
Temos ainda as composites feitas de nitrato de amônio 76% e acetato de celulose l4%. Outra com perclorato de amônio e PVC; com perclorato de potássio ou de amônio e poliuretano. Todas com impulso especifico 3 a 5 vezes a PN e não superiores a balistite . Sem embargo estáveis e fáceis de fabricar, com pouca fumaça e seguras.
Um tipo de composite para foguetes médios e feita a base de 66% de nitrato de amônia, l2 a l5% de polibutadieno hidroxilado ou carboxilado, com diversos aditivos, inclusive 10 de alumínio em pó. Usa-se também perclorato de amônio no lugar do nitrato, aumentando a segurança e diminuindo a higroscopidade , com ligeira alteração no empuxo.
As composições de sucesso, exatamente as que tem se mantido em uso, com resultados aceitáveis para a industria, usam como oxidante , perclorato de amônio, nitrato de amônio perclorato de litioe perclorato de potassio
E como combustíveis o asfalto , polibutadieno, borracha poliuretanica e polisulfeto, PVC, coopolimeros acrilicos, acetato de celulose e resinas fenolicas ou epoxi. Foguetes como o Sonda usam polibutadieno. O antigo Falcom polisulfetos, o Polaris , Vanguard e Matra francês, eram a base de polisulfetos. O missel Magic era com butalene, outros de origem britânicos ainda usam polibutalenos. Sempre com perclorato de amônio como oxidante. Os aditivos, variam muito. Desde a difenil guanadine ate oxido de ferro e magnésio. Outros seria hidretos de litio, zirconio e principalmente berilo. A dechlorane, o borohidreto de litio, e combinações de hidrazina também tem uso.
O processo de fabricação é fator de máxima importância. Alguns fabricantes, optam por determinadas composições de propelentes em razão direta das instalações e métodos já implantados. Nos foguetes grandes, os custos assumem importância singular.

Foguete rotativo

O desenho acima é o esquema da tubera do foguete rotativo.Um . foguete excepcional. Convenientemente carregado é uma arma eficaz, pois ate 400 metros é de precisão milimétrica. Com um foguete desses de 57mm carregando meio quilo de explosivos, é possível acertar uma lata de cerveja a meio quilometro. Mas não se aplica apenas a fins militares. Presta-se para sinalizadores , para dissipar nuvens de granizo na área agrícola, e ate para lançar retinidas(cordas).
O modelo menor de , de 30mm e 17 cm de comprimento é praticamente uma bala. Pesando aproximadamente 200 gramas, com l00 de carga útil possuí um motor de apenas 5o g. de composite. Alcança duzentos metros em tiro tenso e 500 ou mais em parabolico.
A sua construção compreende um corpo de liga de alumínio, tubo de parede de 0.4mm, ogiva plástica, espoleta de impacto ou trem de fogo; carga útil isolada e montada na parte superior. O motor- foguete em tubo de alumínio fechado nos extremos por recravamento periférico, com ou sem passagem do trem de fogo; túbera em aço estampado em forma de disco com 7mm x 30mm de diâmetro e 4 furos de 2mm diâmetro.
A tubera é a responsável pela estabilidade do foguete e por isso exige cuidados na fabricação. Melhor possuir um molde ou matriz de moldagem ou fundição. Não havendo , a construção manual inicia-se com um disco de aço onde se fazem treis perfurações sobre a linha imaginaria de um circulo de l5 a 20mm de diâmetro. A inclinação dos furos é de 50 a 55* com ligeira divergência. Isso significa que o diâmetro do circulo imaginário traçado de um lado do disco é 2mm maior quedo lado oposto, correspondente a parte interna da túbera. O diâmetro dos furos varia de 2 a 3mm considerando o propelente. O calculo do diâmetro exato seria bem complexo. Um modo simples de se aproximar é por comparação. Tendo um foguete de igual carga e propelente , mas de túbera simples tradicional,( furo único central )calculamos a área quadrada do furo de sua túbera e dividimos por treis. O resultado é a área quadrada do furo de devemos fazer. Basta determinar o diâmetro.
Se usamos quatro furos, a área quadrada de passagem dos gases dos quatro somadas, deve ser igual a área quadrado do furo único do foguete que usamos para comparação.
nos foguetes pequenos o calculo de túberas exige otimização pela via experimental. Fazem-se ensaios com túberas maiores e menos que as calculadas, aumentando ou diminuindo a garganta da área convergente. Neste não ha área divergente considerável.
Não tendo outro foguete com o mesmo propelente para comparação ha que se basear no calculo e ir para o banco de ensaios.
As dimensões citadas acima , referem-se a propelentes com impulsão igual ou ligeiramente superior a PN.
Nestes casos alem dos treis furos periféricos de estabilizado do foguete ha um furo central de dois diâmetros para alojar o ignitor, que pode ser elétrico, ou um simples espoleta colocada direta(iniciação externa) no furo .
A aparência do foguete completo, é de um projetil.
Colocado em um tubo lançador, liso, com lmm de folga no diâmetro, basta percutir a espoleta, com um pino da base do lançador. Ou por comando elétrico, com squib.
O propelente queima nos primeiros 50 metros ou menos. O alinhamento e estabilidade de vôo é feita pelo giro . Sendo de velocidade subsônica, o tempo de funcionamento é de um segundo. Com isso os materiais do corpo e túbera não são muito exigidos. Até o baquelite pode ser usado na construção, sem maiores problemas , no lugar do aço e do alumínio.
Na figura , ilustra-se um foguete completa usado para iluminação. Transporta um misto iluminativo de 50 a 100 mil candelas, com paraquedascapaz de iluminar um campo de futebol por 30 segundos.
O custo é reduzidíssimo.

COMPOSITE

As composites, usadas para propelentes de foguetes , são misto de queima rápida. Um tipo eficaz para pequenos foguetes usa a seguinte formula:
Nitrato de Potássio 77%
Enxofre 5%
Alumínio Escuro 1%
Resina fenolica em pó l7%

Este é o foguete convencional achado no comercio no mundo inteiro.. Atinge 400 mts altura.Peso 350 grs. Paraqueda 50 a 60 cm de diametro. Peso do sinal 70 gr. Perso do Motor 40 a 50 gr. Depotagem 1 gr.

O processo de fabricação inicia-se passando o nitrato seco em peneira de malha l00. Usar logo em seguida . Misturar tudo em vasilha plástica , e passar duas vezes por malha 60. Colocar em tambor de bolas de madeira ou porcelana e bater 4 horas. retirar, ,pesar e colocar no corpo do motor já revestido e levar para prensagem a 500 kg/cm2. Colocar em uma estufa a l20* (temperatura na peça). manter na estufa sob pressão, usando um grampo de rosca com tampa. Se deixar destampado o bloco prensado(grão) se descomprime. Tempo de estufa 5 horas.
Esse processo de cura depende da escificacao da resina, conforme o fabricante. Uma resina comum , do tipo usada para a fabricacao de rebolos de esmeril ou pecas elétricas) tem um tempo rápido de cura(2 minutos a l50*) No nosso caso não podemos passar de l20*, então a cura se prolonga por varias horas. A l80, ou 250* a peca se inflama , e sob pressão, explode.
Coloração esverdeada depois de pronta.
Um misto retardador é feito com a mesma composição, mais oxido de ferro vermelho 5% e pó fino de vidro(aerosil) 5% com prensagem a l000kgcm2.
Para um grão de propelente de foguete com empuxo de poucos quilos a composição acima é muito boa. O corpo do motor deve ser forrado com isolamento térmico(papel impregnado, papel amianto, fibra de vidro, lmm de espessura) . A prensagem é em camadas com núcleo , ou seja queima restrita, liso , maciço. O iniciador aplica-se com um adesivo(polvorim e goma) e o misto retardador, pode ser usado na extremidade oposta a túbera para servir de trem de fogo para ação na carga do foguete.
{Pode-se usar nitrato de amônio, com melhor rendimento. Observar a malha próxima a l00. Uma granulometria única não é o ideal. O processo deve mudar , pois o nitrato de amônio é perigoso. }
Uma variante pode ser o uso de perclorato de amônio, sem prensagem, apenas acomodado. Com isso o impulso especifico aumenta, a queima melhora e não ha borras. O perclorato deve ser tipo micro esferas.
Corpo do Foguete
O foguete de vara ou rojão é o foguete mais simples. É o motor preso a uma vareta . Os menores tem um motor de l0mm de diametro e uma vareta de 30 cm de comprimento. Nos maiores a vareta tem mais de um metro do comprimento. Vareta leve e reta. Ela é responsavel pelo alinhamento e direcionamento de voo do foguete.
Nos foguetes sinalizadores ha um corpo tubular que aloja a carga e o motor foguete, com um prolongamento provido de furos que serve para direcionar o foguete. Nos artefatos maiores temos ogivas afuniladas e aletas para efeitos aerodinamicos.Portanto, o motor -foguete é apenas uma parte .
O corpo, aletas e ogiva são partes importantes que obedecem as leis da fisica . O projeto total do foguete é materia complexa. Covem consultar livros que tratam dos detalhes contrutivos.Contudo os propelentes solidos acima referidos servem para a maioria dos foguetes, rojoes ou misseis.