Sistema de ignição por tocha (CH₄/O₂ / N₂O)
O projeto desenvolve um sistema de ignição por tocha a gás destinado a motores híbridos e ramjets, concebido para oferecer múltiplas ignições com alta confiabilidade e reaproveitamento do próprio oxidante do motor. Diferente das cargas pirotécnicas convencionais, o sistema utiliza uma câmara vorticosa compacta, na qual o oxidante é injetado de forma tangencial e o combustível de modo axial, formando uma zona de mistura central envolta por um fluxo protetor frio. Essa configuração assegura a estabilidade da chama e reduz significativamente o aquecimento das paredes, permitindo repetidas operações sem degradação estrutural.
O desenvolvimento contemplou desde o dimensionamento fluidodinâmico até a integração eletroeletrônica do controle de válvulas e sensores. As válvulas de metano e oxigênio (ou óxido nitroso) são acionadas por um sistema digital, comandado por algoritmos implementados em ambiente LabVIEW e CompactDAQ, que regulam o tempo de abertura e a vazão em função da sequência de ignição. O sistema inicia o fluxo em regime reduzido, gera uma mistura inflamável junto ao eletrodo e, após a detecção térmica da ignição, aumenta progressivamente a potência até o nível necessário para acionar o motor principal.
Mais de quatrocentos ensaios experimentais foram realizados para mapear as condições de ignição, cobrindo ampla faixa de razões oxidante/combustível e pressões de alimentação. Os resultados demonstraram estabilidade operacional e uma taxa de sucesso superior a 99% por tentativa, confirmando a robustez do conceito. As medições de temperatura indicaram que a camada de resfriamento formada pelo fluxo vorticoso manteve as paredes em níveis seguros para operação prolongada. Simulações tridimensionais, utilizando modelos de turbulência e cinética química reduzida, apresentaram boa concordância com os dados experimentais e permitiram caracterizar as fronteiras de inflamabilidade da mistura CH₄/O₂ e CH₄/N₂O.
O sistema resultante combina simplicidade construtiva, baixo custo operacional e elevado grau de repetibilidade, tornando-se uma alternativa prática aos sistemas pirotécnicos descartáveis. Além de sua aplicação direta em motores híbridos de parafina e HDPE, o dispositivo pode ser empregado em estudos de ignição e combustão em ramjets experimentais, bem como em programas de qualificação de motores laboratoriais. O desenvolvimento realizado pelo Laboratório de Propulsão Química da Universidade de Brasília representa um avanço importante para a infraestrutura de ensaios do país e reforça a capacidade nacional de pesquisa em tecnologias de propulsão avançada.
