A Calculadora de Taxa de Expansão é uma ferramenta especializada usada em dinâmica de fluidos e engenharia aeroespacial para determinar o quanto um bico expande o gás fluxo entre suas seções de garganta e saída. Essa taxa de expansão é essencial para analisar motores de foguete, bicos supersônicos e sistemas de exaustão de alta velocidade. Ela ajuda os engenheiros a avaliar o desempenho do bico e otimizar o empuxo. eficiência entendendo a relação entre pressão, temperatura e velocidade dentro do fluxo.
Usando esta calculadora, você pode estimar como a geometria do bico injetor influencia o comportamento do escapamento, o que é particularmente importante ao projetar sistemas de propulsão para aeronaves, mísseis e veículos espaciais. A ferramenta simplifica o que, de outra forma, exigiria análises complexas envolvendo fluxo compressível equações e dados de teste.
Fórmula da Calculadora da Razão de Expansão
épsilon = A_e / A_t
Onde:
- epsilon = Taxa de expansão do bico (adimensional)
- A_e = Área de saída do bico (em metros quadrados, polegadas quadradas, Etc)
- No = Área da garganta do bico (nas mesmas unidades que A_e)
Esta fórmula representa a razão entre a área de saída e a área da garganta. Uma razão de expansão mais alta normalmente indica que o bico foi projetado para operação em ambientes de baixa pressão, como no espaço ou em voos de alta altitude.
Notas adicionais:
- Esta é uma razão geométrica. Não inclui propriedades do fluido, como temperatura ou pressão, diretamente, mas é usada em conjunto com elas para analisar o desempenho do fluxo.
- A proporção pode variar significativamente dependendo dos objetivos da missão:
- Pequenas taxas de expansão (2–5) são típicas para uso ao nível do mar
- Grandes proporções (50–100+) são usadas em bicos otimizados para vácuo
Razões de expansão comuns e suas aplicações
Esta tabela fornece faixas comuns de taxas de expansão e para que elas são normalmente usadas em aplicações reais.
| Razão de expansão (ε) | tipo de aplicação | Meio Ambiente |
|---|---|---|
| 1-3 | Túneis de vento supersônicos | Laboratório terrestre |
| 4-10 | Pós-combustores de motores a jato | Voo ao nível do mar |
| 10-30 | Motores de foguete (uso atmosférico) | Baixa atmosfera |
| 30-100 + | Bicos de foguete otimizados para vácuo | Espaço ou alta alt |
Esta tabela de referência ajuda os usuários a escolher uma taxa de expansão adequada sem executar cálculos para cada caso de uso.
Exemplo de calculadora de taxa de expansão
Digamos que um bico tenha um diâmetro de saída de 12 cm e um diâmetro de garganta de 6 cm.
Etapa 1: converter para área
Área de saída A_e = π × (12/2)² = π × 36 = 113.1 cm²
Área da garganta A_t = π × (6 / 2)² = π × 9 = 28.27 cm²
Etapa 2: Calcular a taxa de expansão
épsilon = A_e / A_t = 113.1 / 28.27 ≈ 4.0
Isso significa que o bico tem uma taxa de expansão de 4.0, adequada para motores a jato ou foguetes de média altitude.
Perguntas frequentes mais comuns
Ele se enquadra em calculadoras de engenharia aeroespacial e é comumente usado em estudos de dinâmica de fluidos, projeto de propulsão e testes de desempenho termodinâmico.
A taxa de expansão ajuda a determinar a eficiência com que um bico de foguete converte energia térmica em energia cinética. Uma taxa de expansão bem escolhida garante melhor empuxo e eficiência de combustível, dependendo pressão atmosférica condições.
Sim, você pode usar metros quadrados, polegadas quadradas ou qualquer outra unidade consistente. Apenas certifique-se de que A_e e A_t estejam no mesmo sistema de unidades para garantir uma razão adimensional correta.