quinta-feira, 27 de março de 2008

Avião de papel espacial


A CNN informa sobre o último feito da tecnologia japonesa. Para quem quiser experimentar (na Terra) inclui-se um modelo de avião de papel retirado de um calendário de origamis.

Japan aims to launch paper plane in space
CNN - March 27, 2008 -- Updated 0514 GMT (1314 HKT)

KASHIWA, Japan (AP) -- Japanese scientists and origami masters hope to launch a paper airplane from space and learn from its journey back to Earth.

A prototype passed a durability test in a wind tunnel this month and Japan's space agency adopted it Wednesday for feasibility studies.

A successful flight from space by an origami plane could have far-reaching implications for the design of re-entry vehicles or space probes for upper atmospheric exploration, said project leader Shinji Suzuki, a professor at Tokyo University's Department of Aeronautics and Astronautics.

In a test outside Tokyo in early February, a prototype about 2.8 inches long and 2 inches wide survived Mach 7 speeds and boiling temperatures up to 446 degrees Fahrenheit in a hypersonic wind tunnel.

2 comentários:

  1. É de facto um projecto bem empolgante.

    Á partida, pode parecer difícil de imaginar que se possa lançar um simples avião de papel do espaço, e conseguir que este sobreviva à reentrada na atmosfera terrestre. Quem não se lembra ainda da recente catástrofe do vaivêm Columbia em 2003, que se desintegrou completamente ao entrar na atmosfera terrestre?

    E no entanto, deverá ser possível, e podemos até perceber porquê utilizando alguma matemática elementar. Podemos então verificar que a reentrada de um avião de papel até é bem diferente de uma reentrada mais "clássica"...

    De uma maneira succincta, a grande vantagem, a grande vantagem de um avião de papel é a sua extremamente reduzida carga alar (razão entre o peso do veículo e a área das usas asas). Este é aliás um conceito bastante conhecido dos aerodinâmicistas na àrea da aviação, e existem grandes vantagens em projectar um avião de carga alar reduzida.

    Podemos abordar dois aspectos da reentrada de um avião de papel: a trajectória, e os fluxos de calor

    1 Cálculo da trajectória de reentrada

    tendo em conta o perfil de densidade da atmosfera terrestre:

    \rho(z)=rho_0*exp(-b*z)

    com rho_0, a densidade a nível do solo e b=1.4e-4, e z a altitude em metros.

    A equação do movimento transversal do corpo de reentrada escreve-se:

    m*V*d\gamma/dt=-1/2\rho*S*V^2*CD

    com m massa do corpo, V a velocidade, \gamma o ângulo de reentrada, S a secção frontal do veículo e CD o coeficiente de atrito.

    temos igualmente a relação:

    d\gamma=CL/CD*dV/V

    com CL o coeficiente de sustentação

    onde se obtêm após integração:

    \gamma=\gamma_i+CL/CDln(V/V_i)

    durante a fase de reentrada, uma trajectória equilibrada implica

    d\gamma/dt=0

    O que permite deduzir o coeficiente de atrito que anula as variações de \gamma:

    CD=2*m*g*cos(\gamma_i)/(\rho*S)*(1/V^2-1/(g*R_T))

    com g força da gravidade e R_T o raio da terra

    Finalmente obtemos a evolução da velocidade V em função da altitude z como:

    V=V_i*exp(-\lambda\rho_0(exp(-b*z)-exp(-b*z_i)))

    com

    \lambda=S*CD/(2*m*b*sin(\gamma_i))

    Uma reentrada desde orbita acontece para V_i=6 km/s e z_i=65km, \gamma_i=10º

    Para um corpo de reentrada tipico temos os seguintes valores:

    S=3m^2, m=1000kg, CD=1

    Para o caso do nosso avião de papel temos de acordo com as notícias:

    http://www.msnbc.msn.com/id/23827045/

    S=300cm^2, m=30g, assumindo CD=1

    Fazendo a matemática acima obtemos a figura reproduzida no link abaixo

    http://aero.ist.utl.pt/~doktorcaligari/aviaopapel.png

    A primeira vantagem de um avião de papel é assim o facto de a desaceleração ocorrer toda nas altas camadas da atmosfera terrestre, acima de 60 km. Dai para baixo, o avião apenas descerá tranquilamente, a velocidades próximas do zero.

    2) Cálculo da transferência de calor para a estrutura do avião de papel

    Globalmente, um veículo que é desacelerado de 6.5km/s a 0 (no solo) dissipa uma energia cinética de:

    E=1/2*m*V^2

    Uma parte dessa energia é transmitida para a superfície do veículo, pelo que se pode estimar, numa primeira aproximação, os fluxos de calor de reentrada analizando a razão entre a energia cinética dissipada e a àrea alar do veículo.

    No caso de um Space-Shuttle temos:

    m=95T, A=260 m^2, => E=2.6 tera joules, ratio=10 giga joules/m^2

    No caso do nosso avião de papel temos

    m=30g, A=300 cm^2, => E=843.750 joules, ratio=28 mega joules/m^2

    E assim podemos verificar que os fluxos de calor durante a reentrada de um avião de papel será quase tres ordens de grandeza inferiores aos fluxos durante a reentrada de um space-shuttle.

    Não precisamos portanto de complicadas, caras, e pesadas telhas de cerâmica. Uma "simples" folha de papel basta...

    3) Aspectos práticos

    No entanto, para sermos 100% sinceros, há que admitir que a nossa atmosfera é perfeitamente capaz de "chamar um figo" a um simples avião de papel que nela esteja reentrando. Uma folha de papel não é assim tão resistente afinal de contas...

    É por isso que este avião de papel não é um avião qualquer. Este modelo em particular é fabricado de papel de cana de acucar, revelando-se assim bem mais resistente ao calor, vento, e àgua. Ademais, este papel irá sofrer um processamento adicional, sendo coberto de uma fina camada de sílica que o tornará mais resistente ao calor

    Afinal de contas, o processo global, incluindo uma fase de projecto, uma fase de desenho (com um nariz aredondado para afastar a onda de choque e diminuir os fluxos de calor), e uma fase de validação em instalações terrestres, acaba por ser quase identico aos processos multidisciplinares que são actualmente empregues para o desenvolvimento de veículos espaciais de reentrada tripulados.

    No fundo, e por muito incrível que pareça, este avião de papel acaba por ser um parente muito próximo dos nossos veículos de reentrada tripulados.

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  2. soa os atrasados nao
    bale nada seus atrazados e so cara gastar
    folhas

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