Amber Favaregh, do Langley Research Center da NASA, prepara um modelo do foguete Space Launch System para teste com tinta sensível à pressão em um túnel de vento no Ames Research Center da NASA. Crédito:NASA / Dominic Hart
Enquanto ele sobe pela atmosfera da Terra para carregar uma espaçonave em órbita, um foguete é atingido por um fluxo caótico de ar. Em altas velocidades, aviões experimentam uma experiência semelhante, fluxo instável de ar sobre suas asas. Isso cria forças de pressão consideráveis que mudam rapidamente em força e direção, especialmente na velocidade do som ou próximo dela.
Pesquisadores aeroespaciais do Ames Research Center da NASA, no Vale do Silício, na Califórnia, estão refinando um método de última geração para medir com precisão essas forças flutuantes. O segredo de sua técnica está em uma nova geração de tinta sensível à pressão (PSP), chamado PSP instável, que emite um brilho carmesim brilhante na presença de fluxo de ar de alta pressão.
Durante um voo simulado pela atmosfera do planeta no poderoso fluxo de ar de um túnel de vento, essa tecnologia permite que os pesquisadores capturem medições com rapidez suficiente para acompanhar as cargas de pressão que mudam rapidamente em toda a superfície do modelo do veículo. A obtenção de tais dados precisos é o primeiro passo para entender como a estrutura de um veículo responderá ao golpe durante o vôo e para minimizar os impactos por meio do projeto.
Tinta Rosa para o Planeta Vermelho
O Sistema de Lançamento Espacial (SLS) será o foguete burro de carga da Jornada a Marte da NASA. A segunda geração do SLS terá uma capacidade de elevação de 105 toneladas métricas e transportará a espaçonave Orion da NASA com tripulação e carga. Os testes iniciais sugeriram que as cargas do buffet que afetariam o foguete durante o vôo poderiam ser suficientes para exigir o redesenho de componentes estruturais críticos.
"Para ajudar a verificar as estimativas do buffet, tivemos que medir esse fluxo de ar instável com mais precisão, "disse Jim Ross, um engenheiro aeroespacial na Divisão de Aero-Física Experimental em Ames.
Este vídeo é uma visualização das medições de cobertura total das forças de pressão flutuantes que afetam um foguete durante o lançamento simulado de um teste de túnel de vento. Aeronaves e espaçonaves devem ser projetadas para resistir a essas forças dinâmicas, chamado de bofetada, ou corre o risco de ser despedaçado. As mudanças na pressão são visualizadas como cores (vermelho:pressão acima da média; azul:pressão abaixo da média), e representam os momentos antes do foguete atingir velocidades supersônicas. Um novo tipo de tinta sensível à pressão torna essas medições precisas possíveis. Crédito:NASA Ames Research Center / Scott Murman
O método tradicional para aproximar cargas de pressão flutuantes em aeronaves envolve muitos microfones pequenos - até 400 - instalados na superfície de um modelo em escala a ser estudado em um túnel de vento. Isso pode ser complexo e caro, e só oferece cobertura parcial.
Quando a tinta original sensível à pressão apareceu, a cobertura oferecida foi uma grande melhoria. Contudo, uma vez que foi projetado para medir a pressão constante, os dados fornecidos representavam médias ao longo do tempo, em oposição a realmente capturar a própria pressão flutuante. Então, Ross e seu colega da NASA Ames, Jayanta Panda, se perguntaram como poderiam determinar os números reais dessas cargas de pressão em constante mudança.
Uma nova fórmula para pintar quadros de pressão
O PSP age reagindo com o oxigênio para produzir luz. As diferenças de pressão resultam em variações na quantidade de oxigênio interagindo com a superfície pintada, e, Portanto, na intensidade da luz emitida. Câmeras ao redor do túnel de vento registram imagens, que os pesquisadores combinam para determinar a pressão em todo o modelo.
O novo PSP Unsteady funciona da mesma maneira que o PSP padrão e até parece o mesmo quando pulverizado em uma camada tão fina quanto 10 milionésimos de polegada. Contudo, é cheio de minúsculos poros que permitem que o ar que flui sobre o modelo entre em contato com uma área maior da superfície da tinta. Isso permite que o oxigênio reaja mais rapidamente com a tinta, produzindo dados mais precisos sobre as pressões flutuantes que afetam aviões e foguetes durante o vôo.
Com este PSP projetado especificamente para mudanças rápidas de pressão, Ross e Panda encontraram sua ferramenta preferida para avançar no estudo do bufê. Em um teste inovador na NASA Ames, em novembro de 2015, eles alcançaram seu objetivo de medir forças que mudam rapidamente ao longo do corpo de um foguete.
Em um ano, a equipe passou da prova de conceito para o desenvolvimento da base de um sistema a ser usado com clientes de foguetes e aeronaves, como a equipe SLS, indústria privada, ou os militares. O próximo passo para a equipe de pesquisadores da Ames será instalar outra câmera no túnel de vento para otimizar uma próxima rodada de testes de buffet SLS, esperado ainda este ano. Graças a uma nova geração de tintas de alta tecnologia, futuras espaçonaves e aeronaves serão construídas para suportar toda a pressão que nós, e a atmosfera, pode colocá-los.
