O dimensionamento de TPS é feito baseados nas áreas globais e áreas por componentes. Fale sobre elas.
Passo 1
O enunciado pede para discutir como, no dimensionamento de um TPS (Thermal Protection System), se utilizam as chamadas áreas globais e as áreas por componente. O conteúdo envolve noções de geometria de superfície, distribuição de carga térmica e cálculo de massa de revestimento térmico.
Passo 2
Definição de área global:
A área global, denotada por
é simplesmente a soma de todas as superfícies do veículo espacial ou aeroembrulho que precisarão de proteção térmica. Em fórmulas, se tivermos componentes distintos, cada um com área
, então
A área global, denotada por
é simplesmente a soma de todas as superfícies do veículo espacial ou aeroembrulho que precisarão de proteção térmica. Em fórmulas, se tivermos
Esse valor nos dá uma visão de “ordem de grandeza” do quanto de TPS será necessário no total – por exemplo, para estimar massa total, custo de materiais e área a ser inspecionada.
Passo 3
Definição de área por componente:
Cada componente (por exemplo, nariz, bordo de ataque da asa, dorso do corpo, extremidades) tem uma área específica
. A divisão em componentes serve para:
Cada componente
- Capturar diferenças de fluxo de calor e temperatura máxima em cada região.
- Definir espessuras
de material isolante de acordo com o pico de aquecimento local.
Em geral, para cada componente calcula‐se primeiro o fluxo de calor e depois determina‐se a espessura de TPS necessária, de modo que
, onde
é a carga térmica na região.
Passo 4
Aplicação no cálculo de massa e dimensionamento:
Com as áreas por componente e suas respectivas espessuras, a massa total de TPS é dada por
Com as áreas por componente e suas respectivas espessuras, a massa total de TPS é dada por
onde
é a densidade do material isolante.
Além disso:
Além disso:
-
entra no cálculo de massa média e na logística de fábrica (folhas de material, custos). - Cada
permite otimizar localmente o tipo de revestimento (cerâmica, compósito, espuma ablativa etc.) e reduzir peso onde não há aquecimento crítico.
Passo 5
Importância prática:
- Sem avaliar
, subestima‐se o montante total de TPS e o projeto foge do orçamento de massa/custo. - Sem detalhar
, ou dimensiona‐se tudo pela pior região (excesso de massa) ou corre‐se risco de falha térmica em regiões críticas.
Resposta
A área global
fornece a visão do total de superfície a revestir, essencial para estimativas macro (massa total, custo, suprimento), enquanto as áreas por componente
permitem afinar localmente o dimensionamento (espessura, tipo de material) segundo a carga térmica de cada região. Dessa forma o TPS fica seguro e com massa otimizada.