Como funcionam os aviões hipersônicos

Como funcionam os aviões hipersônicos

O X-43A, avião espacial experimental da Nasa,  definiu um novo recorde de velocidade para aeronaves em novembro de 2004. No teste de voo sem pilotos, atingiu Mach 9,6 (10.600 km/h), velocidade quase 10 vezes maior do que a velocidade do som. Esse voo quebrou o antigo recorde, que era de Mach 7, definido em março de 2004 pelo próprio X-43A em um teste anterior.
O que diferencia o X-43A das outras aeronaves impulsionadas por foguetes é o seu motor scramjet. Em vez de usar oxigênio a bordo para fazer o combustível de hidrogênio entrar em combustão, o scramjet colhe oxigênio enquanto viaja pela atmosfera. Ao eliminar a necessidade de oxigênio a bordo e diminuir o peso da espaçonave, o X-43A poderia levar a uma era de viagens espaciais mais baratas.

Foto cedida pela NASA O X-43A é a primeira aeronave a atingir velocidades hipersônicas usando motores que aspiram oxigênio

Neste artigo, vamos dar uma olhada nos aviões hipersônicos e aprender sobre  motores que aspiram oxigênio

Vivendo no ar

O protótipo futurista do X-43A parece uma prancha de surfe voadora. Ele é fino, tem envergadura de asa de 1,52 metro, 3,65 m de comprimento, 0,60 m de espessura e pesa 1.270 quilogramas. Mas o que realmente é especial nele é o motor.

Foto cedida pela NASA As dimensões e imagens do X-43A

A melhor maneira de entender o motor do X-43A é primeiramente observar um motor de foguete convencional. Um motor de foguete convencional é impulsionado pela combustão criada quando um oxidante líquido e um combustível de hidrogênio são queimados em uma câmara de combustão. Esses gases criam uma corrente de gases quentes de alta pressão e alta velocidade, que ao vazarem por um bocal são acelerados ainda mais até chegar a velocidades de 8 a 16 mil km/h, garantindo a propulsão da aeronave. Para mais informações sobre motores de foguetes, confira o artigo Como funcionam os motores de foguetes.
A desvantagem de um motor de foguete convencional é que ele requer que se carregue muito oxigênio a bordo. Por exemplo, o ônibus espacial precisa de aproximadamente 550 mil litros de oxigênio líquido, que pesam mais de 615 toneladas. Se tirássemos o oxigênio líquido, o ônibus espacial pesaria apenas cerca de 74 toneladas.
Um motor aspirador de oxigênio, por outro lado, não requer oxigênio líquido, pois colhe oxigênio durante o vôo pela atmosfera. Em uma missão de vôo da Terra até a órbita, o veículo armazenaria uma quantidade de oxigênio extra a bordo, mas seria menos do que o ônibus espacial precisa.

Imagem cedida pela NASA O sistema do motor que aspira oxigênio

O motor scramjet é um projeto simples sem nenhuma peça móvel. E o próprio X-43A foi projetado para fazer parte do sistema do motor: a parte frontal dele absorve o fluxo de ar e a parte posterior serve como bocal para acelerar o ar ejetado.

Foto cedida pela NASA Conceito artístico do X-43A durante o vôo, com o motor scramjet em ação

A combustão no motor ocorre somente a velocidades supersônicas, já que o ar deve estar fluindo a uma alta taxa para ser comprimido. Em vez de usar um compressor de rotação, como um motor turbojato, são a velocidade e a aerodinâmica que comprimem o ar no motor. O combustível de hidrogênio é injetado na corrente de ar e os gases quentes em expansão, criados pela combustão, aceleram o ar que sai para criar um enorme impulso.
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Voando

Como já mencionamos, os aviões com motor scramjet não transportam oxigênio a bordo. Isso significa que eles não podem decolar como as aeronaves convencionais, o que faz o X-43A precisar de um foguete auxiliar para levá-lo à velocidade hipersônica, sendo então liberado e podendo voar independentemente. Esse foguete auxiliar é essencial para que o motor scramjet funcione.

Foto cedida pela NASA O X-43A conectado ao foguete auxiliar Pegasus

Eis um resumo de como são os testes de vôo:

1. o X-43A é conectado a um foguete auxiliar Pegasus;
2. o X-43A e o foguete auxiliar são transportados até uma altitude de 6 mil metros por um avião B-52 adaptado;
3. o B-52 libera o veículo de lançamento;
4. o foguete auxiliar acelera até uma velocidade de aproximadamente Mach 5 e voa a uma altitude de aproximadamente 30.500 m;
5. o X-43A se separa do foguete auxiliar e voa independentemente, de acordo com o controle pré-programado;
6. o X-43A voa sobre o oceano por alguns segundos antes de cair na água.

Imagem cedida pela NASA

Representantes da NASA dizem que o motor scramjet seria um grande passo para a NASA e forneceria uma maneira mais segura, flexível e barata de levar pessoas e carga para o espaço.

por Air Navigation