De acordo com a Purdue University, uma equipe do Purdue Applied Research Institute (PARI), o centro de pesquisa e desenvolvimento da universidade, está usando equipamentos de fabricação aditiva de última geração para imprimir um protótipo em escala real e totalmente operacional de uma combustão supersônica. ramjet – ou scramjet – um motor que permite que aeronaves viajem a velocidades de Mach 5 e além.
Pesquisadores do Centro de Tecnologia de Fabricação Avançada Hipersônica (HAMTC) do PARI acreditam que este design inovador de scramjet abre caminho para processos de prototipagem e fabricação mais acessíveis e convenientes em toda a indústria hipersônica .
“Não há outra instituição afiliada à universidade com capacidade de fabricar e testar tecnologias hipersônicas em escalas e condições relevantes para o voo”, disse Will DeVerter, assistente de pesquisa graduado que criou o protótipo scramjet em escala real com o engenheiro de testes sênior Nick Strahan. “Assim que tivermos uma peça ou sistema pronto para uso, posso atravessá-lo na rua e testá-lo usando algumas das melhores tecnologias de propulsão e diagnóstico do mundo. Essa é uma capacidade única que agiliza todo o processo de fabricação e testes.”
“Você tem que sustentar uma chama em velocidades do ar superiores a Mach 2, então o desafio tecnológico é criar um combustor que possa operar de forma eficiente e queimar combustível com o ar viajando a velocidades realmente altas”, disse Strahan, que comparou a funcionalidade do scramjet à tentativa de acenda uma vela em um furacão.
Os Scramjets ainda estão em sua infância, “mas são geralmente considerados como a melhor maneira de impulsionar um míssil ou aeronave através da atmosfera a velocidades acima de cinco vezes a velocidade do som, no chamado reino hipersônico”, disse Mark Lewis, presidente e CEO do PARI. Os Scramjets têm um design extremamente complexo, e é por isso que o uso de AM tem sido um grande avanço.
Imprimir e testar um scramjet pode ser caro e demorado. A maioria dos laboratórios de pesquisa aplicada com recursos de AM só pode imprimir versões pequenas e reduzidas para teste. Esses modelos são então extrapolados para criar scramjets em tamanho real, cujas peças devem ser impressas individualmente e depois montadas. No entanto, utilizando a tecnologia de fabrico melhorada disponível no PARI, os investigadores podem imprimir modelos de produção em escala real e totalmente operacionais.
O centro AM fica no Centro de Pesquisa Hipersônica e Aplicada do PARI e oferece um balcão único para inovações de fabricação que podem ser transferidas para o mercado de defesa. Michael Sangid, diretor executivo do HAMTC e Professor Reilly de Aeronáutica e Astronáutica, disse que o protótipo scramjet em escala real mostra o potencial do centro para revolucionar a indústria hipersônica. “O projeto piloto scramjet é um grande exemplo de nossas capacidades verticalmente integradas”, disse ele. “Podemos pegar o pó bruto e transformá-lo em dados de teste representativos de um protótipo em campo em poucos meses. Isso aproveita a flexibilidade da fabricação aditiva no design do componente para aumentar a eficiência.”
A chave do protótipo é a redução de peso e peças sem comprometer a funcionalidade e a complexidade geométrica necessárias para o funcionamento do motor. Esse esforço é realizado com a GE Concept Laser X Line 2000R, uma impressora usada para fabricação de metal em larga escala.
Este protótipo não só utiliza máquinas do PARI, mas também serve como banco de testes para experimentos e novas tecnologias. O centro AM fica ao lado dos Laboratórios Maurice J. Zucrow da Purdue University – um dos maiores laboratórios acadêmicos de propulsão do mundo. Este projeto integra as capacidades de fabricação do PARI com as instalações de teste de propulsão de alta velocidade da Zucrow, que podem simular condições de Mach 5 e superiores, bem como fornecer diagnósticos de materiais baseados em laser em altas velocidades.
Um processo mais rápido e eficiente, em última análise, reduz custos e ajuda a atender à demanda do país por tecnologias hipersônicas mais avançadas. O gerente sênior do projeto, David Bretz, coordena todos os aspectos deste projeto e vê seu impacto potencial na segurança nacional e na indústria de defesa. “Por causa do projeto scramjet mais rápido e menos caro, seremos capazes de prototipá-lo, testá-lo e depois voltar e iterar o projeto com mais facilidade, o que contribuirá para a base de conhecimento hipersônico do país e para o aumento das capacidades”, disse ele.
“Além disso, os alunos estão envolvidos em todos os aspectos do projeto, desde o design até o processo de fabricação e os testes. Os alunos da Purdue, desde a graduação até a pós-graduação, estão aprendendo as habilidades necessárias para trabalhar na indústria hipersônica”, disse David Bretz.
Carson Slabaugh, Professor Associado Paula Feuer de Aeronáutica e Astronáutica, e Sangid são os professores líderes deste projeto. O esforço scramjet é um dos cinco projetos financiados pelo Programa de Ciência e Tecnologia de Fabricação do Gabinete do Secretário de Defesa, em parceria com o Centro de Guerra de Superfície Naval, a Divisão de Guindaste e os Sistemas Confiáveis Resilientes Avançados de Missões Estratégicas e de Espectro do Acelerador de Tecnologia de Segurança Nacional. Para saber mais sobre o projeto acesse o site.
