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