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© 2015 Instituto de Estudos Avançados – IEAv
Qualquer parte desta publicação pode ser reproduzida, desde que citada a
fonte.
A publicação inclui os trabalhos apresentados no XV Workshop Anual de
Pesquisa e Desenvolvimento do IEAv
(Any part of this publication may be reproduced, since the source is acknowledged. The
publication includes the papers presented at the XV Annual Research Workshop and
Development of IEAv.)
Publicado por: (Published by)
Instituto de Estudos Avançados (Institute for Advanced Studies)
Trevo Coronel Aviador José Alberto Albano do Amarante, no 1, Putim
CEP - 12.228-001, São José dos Campos, São Paulo, Brasil
portal.ieav.cta.br
Contato: (Contact)
Assessoria de Comunicação Social (Advisory of Social Communication)
Telefone (Phone) +55 12 3947-5360.
Editores: (Publishers)
Dr. Dermeval Carinhana Junior Dr. Luis Carlos Ogando Dacal 3º Sgt Thiago Mendes de Carvalho
Todas as imagens utilizadas na ilustração desta publicação foram gentilmente cedidas pelos seus autores (All images used in the illustration of this publication were kindly provided by their authors) Arte da capa e páginas elaboradas por 3º Sgt Thiago Mendes de Carvalho utilizando recurso de imagem projetada por Freepik.com. (Cover and pages art developed by 3D SERG Thiago Mendes de Carvalho using design by Freepik.com.)
Atividades de Pesquisa e Desenvolvimento – Instituto de Estudos Avançados – IEAv.
-- vol.8 (mai/2014-jun/2015). -- São José dos Campos : IEAv, 2008 -
Anual
ISSN 1983-1544
Inclui: Anais do XV Workshop Anual de Pesquisa e Desenvolvimento do IEAv
1. Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação. 2. Aerotermodinâmica e Hipersônica. 3. Geointeligência.
4. Lasers, Óptica e Aplicações. 5. Sensores e Atuadores. 6. Tecnologia Nuclear Aplicada. 7. Física Aplicada
2
Instituto de Estudos Avançados – IEAv Institute for Advanced Studies – IEAv
Direção (Administration)
Cel Av Maurício Pozzobon Martins Diretor (Director) Ten Cel Av Roberto da Cunha Follador
Vice-Diretor (Vice-Director) Subdiretoria de Administração (Subdirectorate of Administration) Dr. Osvaldo Catsumi Imamura
Subdiretoria Técnica (Technical Subdirectorate)
Comissão Assessora de Pesquisa e Desenvolvimento – CAPD (Advisory Committee on Research and Development) Me. Giannino Ponchio Camillo, Cap Eng – Presidente (President) Dr. Marcelo Zawadzki, Maj Av (EGI) - (Rapporteur) Me. Camila Souza dos Anjos Lacerda, 1° Ten Eng Dr. Francisco Braga Guimarães Me. Francisco Eduardo de Carvalho Me. Gilson Carlos de Castro Correard Dr. Gustavo Soares Vieira Dr. Luis Carlos Ogando Dacal Dr. Orlando Roberto Neto Me. Raquel Martins Villela Nunes
Comissão Organizadora do WAI (WAI Organization Commitee) Dr. Dermeval Carinhana Junior – Coordenador (Coordinator) Dr. Gustavo Soares Vieira Dr. Luis Carlos Ogando Dacal Dr. Marcelo Zawadzki, Maj Av Me. Rafael Lemos Paes, Maj Av Me. Roberto da Cunha Follador, Ten Cel
Revisores Científicos (Scientific Reviewers) Dr. Alexandre David Caldeira Dr. Antonio Carlos de Jesus Paes Dr. Gustavo Soares Vieira Dr. José Wilson Neri Dr. Luiz Gilberto Barreta Dr. Marcelo Geraldo Destro Dra. Maria José Pinto Lamosa Dra. Mônica Maria De Marchi Dra. Nancy Mieko Abe
3
Palavras do Diretor do IEAv
A finalidade do Instituto de Estudos
Avançados, originalmente definida no seu
Decreto de criação, não deixa dúvidas
sobre o caráter científico e tecnológico
desta organização militar fundada em 1982,
localizada no seio do Polo Aeroespacial do
Vale do Paraíba, no Estado de São Paulo, e
integrante do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA).
Naqueles anos as linhas de pesquisa giravam em torno de um grande
objetivo estratégico, sobre o qual foram reunidos numerosos talentos que
possibilitaram a obtenção de conhecimentos singulares no Brasil. Com o
passar dos anos, as mudanças sociais, políticas e econômicas que alteraram
profundamente a nação, também forçaram o IEAv a adaptar-se às novas
circunstâncias.
O conjunto seleto de pessoas altamente capacitadas, devidamente
guiadas por lideranças tenazes, disponibilidade de laboratórios e larga
experiência científica, além do privilégio de fazer parte do complexo de
organizações do DCTA, possibilitariam ao IEAv rever seus objetivos
estratégicos e ajustá-los de forma mais clara e precisa.
A missão do IEAv passou a ser “ampliar o conhecimento científico e o
domínio de tecnologias estratégicas para fortalecer o Poder Aeroespacial
Brasileiro”. A vontade de vencer desafios científicos permanece na alma de
nossos recursos humanos, porém agora ainda mais envolvidos com questões
de impacto no futuro tecnológico aplicado na manutenção da soberania do
espaço aéreo brasileiro, que é a missão precípua da Força Aérea Brasileira. As
contribuições do IEAv ao setor operacional sempre foram muito significativas e
seu número cresce continuamente.
Nos últimos anos, o amadurecimento dessa condição tem levado o IEAv
a questionar-se sobre a abrangência do conhecimento dos pesquisadores
sobre os desafios operacionais da FAB. Assim, nada mais conveniente e
oportuno do que trazer ao XV Workshop Anual de Pesquisa e Desenvolvimento
4
do IEAv o tema “A missão da Força Aérea Brasileira como fator determinante
na pesquisa tecnológica do IEAv”, onde palestrantes e debatedores de diversas
organizações deverão compartilhar informações para novas oportunidades de
parcerias para o desenvolvimento científico aplicado ao setor operacional.
Sem dúvida, incentivar o estabelecimento de parcerias é uma das mais
importantes iniciativas em curso no IEAv. Nesse sentido, foram realizados
ajustes nesta presente edição, que passou a incluir traduções para a língua
inglesa, a fim de incrementar a visibilidade institucional e potencializar novas
parcerias. Assim, também buscamos novas maneiras de interagir com os
diferentes segmentos da sociedade, sejam acadêmicos ou não, para
alcançarmos juntos tecnologias de interesse comum.
Como apresentado neste caderno, a cada ano o IEAv incrementa a sua
participação no cenário científico nacional. Contudo, ainda há muito trabalho a
ser feito. Boa leitura!
Maurício Pozzobon Martins, Cel Av
Diretor do IEAv
5
Words from the Director of IEAv
The purpose of the Institute for Advanced
Studies, originally set in its creation
decree, leaves no doubt on the scientific
and technological character of this military
organization founded in 1982, located
within the Paraíba Valley Aerospace
Cluster, in São Paulo state, and member
of the Department of Aerospace Science and Technology (DCTA).
In those years the research lines kept around a major strategic goal, on
which were brought together numerous talents that made it possible to obtain
unique knowledge in Brazil. Over the years, the social, political and economic
changes that profoundly affected the nation, also forced IEAv to adapt to new
circumstances.
The select groups of highly skilled people, properly guided by tenacious
leaders, availability of laboratories and large scientific experience, plus the
privilege of being part of the complex of DCTA organizations, allowed IEAv
review its strategic objectives and adjust them more clearly and precisely.
The IEAv’s mission changed to "expand scientific knowledge and the
dominion of strategic technologies to strengthen the Brazilian Aerospace
Power". The will to win scientific challenges remain in our human resources
soul, but now even more involved with issues on future technology impact
applied in maintaining Brazilian air space sovereignty, which is the main task of
the Brazilian Air Force. The IEAv contributions to the operational sector have
always been very significant and their number grows continuously.
In recent years, the maturation of this condition has led IEAv to question
itself about the scope of the researches knowledge on the operational
challenges of FAB. Thus, nothing more convenient and timely than bringing to
XV Annual Workshop of Research and Development IEAv the theme "The
Brazilian Air Force mission as a technological research factor of IEAv" where
speakers and debaters from several organizations will share information for new
6
partnership opportunities for scientific development applied to the operational
sector.
Undoubtedly, encourage the establishment of partnerships is one of the
most important initiatives in IEAv. In this regard, adjustments were made in this
present edition, which now includes translations into English in order to increase
the institutional visibility and encourage new partnerships. Thus, we also seek
new ways to interact with different segments of society, whether academic or
not, to achieve together technologies of common interest.
As shown in this notebook each year IEAv increases its participation in
the national scientific scenario. However, there is still much work to be done.
Enjoy reading!
Maurício Pozzobon Martins, Colonel Aviator
Director of IEAv
7
Quem somos
O Instituto de Estudos Avançados, IEAV,
é uma Organização do Comando da
Aeronáutica (COMAER) criada pelo
Decreto n° 87.247, de 2 de junho de 1982.
O IEAV é subordinado ao Departamento
de Ciência e Tecnologia Aeroespacial
(DCTA), e é sediado em São José dos
Campos, São Paulo, Brasil.
O IEAV atua em três setores decisivos para a defesa nacional: o
espacial, o cibernético e o nuclear, contribuindo, por meio de pesquisas e
desenvolvimento de tecnologias, com o esforço nacional para o domínio do
acesso facilitado ao espaço. Suas linhas de pesquisa estão distribuídas em
cinco grandes áreas de concentração:
Aerotermodinâmica e Hipersônica
Geointeligência
Lasers, Óptica e Aplicações
Sensores e Atuadores
Tecnologia Nuclear Aplicada.
Juntas, as áreas técnico-científicas do Instituto abrigam um efetivo de
310 pessoas, incluindo 150 cientistas, engenheiros e técnicos. O IEAv também
conta com cerca de 220 estudantes e colaboradores técnico-científicos.
8
Who we are
The Institute for Advanced Studies, in
Portuguese, Instituto de Estudos
Avançados, IEAv, is an organization of
the Brazilian Air Force created by Decree
Nº 87.247 of June, 2nd, 1982. The IEAV
is subordinate to the Department of
Aerospace Science and Technology
(DCTA), and is headquartered in São José dos Campos, São Paulo, Brazil.
IEAv acts in three sectors critical to national defense: spatial, cybernetic
and nuclear, contributing, through research and development of technologies,
with the national effort for the domain of the facilitated access to the space. His
research areas are divided into five major areas of concentration:
Aerothermodynamics and Hypersonic
Geointelligence
Lasers, Optics and Applications
Sensors and Actuators
Applied Nuclear Technology.
Together, the technical and scientific fields of the Institute are home to a
staff of 310 people, including 150 scientists, engineers and technicians. IEAv
also has roughly 220 students and technical-scientific collaborators.
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Missão, Objetivos e Visão
Missão do IEAV
Ampliar o conhecimento científico e o domínio de tecnologias
estratégicas para fortalecer o Poder Aeroespacial Brasileiro.
Nesse contexto, são objetivos institucionais do IEAV:
i) Realizar pesquisa aplicada e desenvolvimento experimental em
tecnologias e sistemas aeroespaciais;
ii) Realizar pesquisa básica para a aquisição de novos conhecimentos,
com o objetivo de aplicação futura em tecnologias e sistemas aeroespaciais;
iii) Promover a capacitação de recursos humanos, do nível intermediário
ao de pós-doutorado, por meio de orientações acadêmicas de trabalhos de
formação e especialização; e
iv) Prestar serviços em atividades ligadas à tecnologia industrial básica.
Visão do IEAV
Ser reconhecido como instituição de excelência e de referência
internacional em pesquisas de tecnologias avançadas no campo
aeroespacial.
O IEAv busca ser reconhecido nacional e internacionalmente como
instituição de excelência em pesquisa, que atua na fronteira do conhecimento
de tecnologias avançadas no campo aeroespacial, de forma a atender e a
exceder as expectativas da Força Aérea e da sociedade brasileira.
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Mission, Objectives and Vision
IEAV Mission
Expand scientific knowledge and the dominion of strategic
technologies to strengthen the Brazilian Aerospace Power.
In this context, institutional objectives of IEAv are the following:
i) To carry out applied research and experimental development in
technology and aerospace systems;
ii) Perform basic research to acquire new knowledge, with the aim of
future application on technologies and aerospace systems;
iii) To promote the training of human resources, from intermediate to
post-doctorate level, through academic guidances of training and specialization
work; and
iv) Provide services in activities related to basic industry technologies.
IEAV Vision
To be recognized as an institution of excellence and international
reference in research of advanced technologies in the aerospace field.
IEAv seeks to be recognized nationally and internationally as an
institution of excellence in research, which operates on the frontier of
knowledge of advanced technologies in the aerospace field, in order to meet
and exceed the expectations of the Air Force and Brazilian society.
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Linhas de Pesquisa
Aerotermodinâmica e Hipersônica
Aerotermodinâmica de Veículos Aeroespaciais em Velocidades
Hipersônicas
Estudo dos efeitos da hipervelocidade provocados sobre modelos de
veículos aeroespaciais ensaiados em túneis de choque pulsados.
Propulsão Hipersônica Aspirada a Combustão Supersônica
Estudo e desenvolvimento de estato-reatores operando em regime de
combustão supersônica aplicados a veículos aeroespaciais hipersônicos.
Propulsão Hipersônica Aspirada a Laser
Estudo e desenvolvimento de sistemas de propulsão baseados na
deposição de energia laser aplicados a veículos aeroespaciais hipersônicos.
Controle de Escoamento Aplicado em Veículos Aeroespaciais em
Velocidades Hipersônicas
Estudo e desenvolvimento de metodologias experimentais destinadas ao
controle de escoamento em situações de voo hipersônico.
Técnicas de Diagnóstico em Escoamento Reativo
Estudo e caracterização de parâmetros físico-químicos de escoamentos
reativos aplicados ao voo e à propulsão hipersônica.
Mecânica dos Fluidos Computacional em Escoamento Hipersônico
Desenvolvimento e utilização de programas computacionais para o
estudo de escoamentos em alta velocidade.
Motor de Detonação Pulsada Demonstrador de Veículo a Propulsão a Laser
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Research Lines
Aerothermodynamics and Hypersonic
Aerothermodynamics of Aerospace Vehicles at Hypersonic
Velocities
Study the effects of hypervelocity caused on models of aerospace
vehicles tested in pulsed shock tunnels.
Hypersonic Air-Breathing Propulsion using Supersonic Combustion
Study and development of stat-reactors operating at supersonic
combustion regime (scramjets) applied to hypersonic aerospace vehicles.
Air-Breathing Laser Hypersonic Propulsion
Study and development of propulsion systems based on the deposition of
laser energy applied to hypersonic aerospace vehicles.
Flow Control Applied in Aerospace Vehicles at Hypersonic
Velocities
Study and development of experimental methodologies designed to
control flow in hypersonic flight situations.
Diagnostic techniques in Reactive Flow
Study and characterization of physical and chemical parameters of
reactive flows applied to flight and hypersonic propulsion.
Computational Fluid Mechanics in Hypersonic Flow
Development and use of computer programs to study the flows at high
speed.
Demonstrator of a lightcraft Pulsed Detonation Engine
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Linhas de Pesquisa
Geointeligência
Inteligência com Imagens
Desenvolvimento de técnicas para o
processamento, gerenciamento, exploração e
disseminação de informações de inteligência de
imagens.
Radiometria, Caracterização e Emprego de Sistemas Imageadores
Projeto, caracterização e desenvolvimento de metodologias para
sensores eletro-ópticos e de micro-ondas com objetivo de fornecer análises
precisas e avaliações efetivas de acordo com o emprego estratégico-
operacional
Sistemas Autônomos Aeroembarcados
Pesquisa e desenvolvimento de sistemas computacionais que emulam o
raciocínio humano visando à elaboração de alternativas e decisões autônomas
para aplicação em navegação autônoma; reconhecimento automático de alvos;
entre outros.
Comando e Controle
Estudo e desenvolvimento de arquitetura de sistemas de C2 nos quatro
domínios-chaves: físico, da informação, cognitivo e social/organizacional, com
o objetivo de fornecer análises de alto nível e avaliações de alternativas
segundo seu valor estratégico-operacional
Modelagem e Métricas para Análise de Capacidades
Pesquisa, desenvolvimento e consolidação de metodologias, modelos e
métricas de avaliação de capacidades de interesse da defesa.
Modelagem e Simulação de Cenários Operacionais
Pesquisa, projeto e desenvolvimento de sistemas para suportar as
atividades de análise, planejamento e tomada de decisão objetivando aumentar
a consciência situacional em um processo de tomada de decisão em ambientes
caracterizados por incertezas e variedade de informações.
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Plataformas de testes
Research Lines
Geointeligência
Image Intelligence
Developing techniques for processing and
exploitation of image intelligence information.
Radiometry, characterization and Imaging
systems usage
Design, characterization and development of methodologies for electro-
optical and microwave sensors in order to provide accurate analysis and
effective assessments in accordance with the strategic and operational
employment.
Airborn autonomous systems
Research and development of computational systems that emulate
human reasoning aiming alternatives elaboration and autonomous decisions for
autonomous navigation; automatic target recognition; etc.
Command and Control
Study and development of C2 systems architecture regarding four key
domains: physical; information; cognitive; and social/organizational aiming to
provide high-level analysis and evaluations of alternatives considering its
strategic and operational values.
Modeling and metrics development for operational capabilities
analysis
Research, design and development of methodologies, models and
evaluation metrics for assessing defense capabilities.
Operational scenarios modeling and simulation
Research, design and development of systems to support analysis,
planning and decision-making aiming the situational awareness increase in
decision-making process considering environments characterized by
uncertainty and diversity of information.
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Testing platforms
Linhas de Pesquisa
Lasers, Óptica e Aplicações
Processamento de Materiais com Laser
Tratamentos de superfície com lasers, ablação
a laser, solda a laser, usinagem a laser e
manufatura aditiva com laser.
Separação Isotópica a Laser
Espectroscopia, espectroscopia a laser, espectroscopia de fotoionização,
evaporação de metais, coleta de íons e de partículas neutras.
Desenvolvimento de Lasers
Desenvolvimento de lasers; Desenvolvimento de dispositivos de
caracterização e manipulação de feixes de laser; Propagação de feixes de
laser e interação de feixes de laser com a matéria.
Óptica Aplicada e Não Linear
Desenvolvimento de componentes e dispositivos ópticos, filmes finos,
metrologia óptica e espalhamentos não lineares.
Espectrômetro de massa
Laser de Yb: Fibra de Alta Potência
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Research Lines
Lasers, Optics and Applications
Laser Materials Processing
Laser Surface treatments, laser ablation, laser
welding, laser machining and additive
manufacturing.
Laser isotope separation
Spectroscopy, laser spectroscopy, photoionization spectroscopy, evaporation of
metals, ions and neutral particles collection.
Lasers Development
Lasers Development; development and characterization of laser beams
manipulation devices; laser beams propagation and its interaction with matter.
Applied and Nonlinear Optics
Components and optical devices development, thin film, optical
metrology and nonlinear scattering.
Espectrômetro de massa Espectrômetro de massa
Mass spectrometer
High Power Yb:Fiber Laser
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Linhas de Pesquisa
Sensores e Atuadores
Materiais Avançados para Sensores
Desenvolvimento, processamento e caracterização de materiais, em
especial materiais cerâmicos, orgânicos e compósitos.
Sensores
Pesquisa, desenvolvimento e
caracterização de sensores, componentes
e sistemas a semicondutores, a materiais
cerâmicos e orgânicos, e biossensores.
Pesquisa e desenvolvimento de sensores, componentes e sistemas a fibra
óptica e óptica integrada, utilizando efeitos lineares e não lineares.
Condicionamento de Sinais e Técnicas de Medição
Pesquisa e desenvolvimento de técnicas de processamento de sinais
ópticos, elétricos, de RF, micro-ondas e Terahertz.
Nanotecnologia
Pesquisa e desenvolvimento de nanoestruturas em materiais cerâmicos
e semicondutores.
Modelagem Computacional de Fenômenos Físicos e Dispositivos
Aplicação de técnicas computacionais para o projeto e desenvolvimento
de materiais avançados, componentes, sensores e sistemas.
Física de Dispositivos Semicondutores
Estudo de fenômenos físicos associados ao funcionamento de
dispositivos que têm por base semicondutores simples ou compostos, em
especial os fenômenos quânticos associados à estruturação desses materiais
em camadas, linhas ou ilhas de dimensões nanométricas.
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Sensor a Fibra Óptica
Research Lines
Sensors and Actuators
Advanced Material for Sensors
Development, processing and characterization of materials: in special
ceramic, organic and semiconductor materials.
Sensors
Research, development and
characterization of sensors, devices and
systems using semiconductor, ceramic
and organic materials, and biosensors.
Research and development of sensors, devices and systems using optical
fibers and integrated optics, considering both, linear and nonlinear effects.
Signal Conditioning and Measurement Tecnics
Research and development of technics for processing optical, electric,
radio frequency, microwaves and Terahertz signals.
Nanotechnology
Research and development of nanostructures ceramic and
semiconductor materials.
Computational Modelling of Physical Phenomena and Devices
Application of computational technics for the Project and development of
advanced materials, devices, sensors and systems.
Semiconductor Devices Physics
Study of physical phenomena associated to semiconductor devices,
including single and compound semiconductors, in special quantum
phenomena associated to the nanometric dimension of layers, lines or islands
(quantum wells, wires or dots).
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Fiber Optic Sensor
Linhas de Pesquisa
Tecnologia Nuclear Aplicada
Neutrônica e Blindagem
Cálculos computacionais para projeto conceitual de elementos
combustíveis e arranjos de núcleos para microrreatores, cálculos de blindagem
das radiações, e geração de dados nucleares.
Termo-Hidráulica de Reatores e Transferência de Calor
Simulação computacional de
micro-usinas nucleares para
aplicação espacial e locais de
difícil acesso,
desenvolvimento de ciclos
térmicos (Brayton, Stirling e
Rankine) para conversão
núcleoelétrica de
microrreatores espaciais, simulação computacional de ciclos térmicos,
desenvolvimento de tubos de calor e seus sistemas para rejeição passiva de
calor, simulação computacional de sistemas nucleares espaciais (propulsão
nuclear espacial), análise de segurança de reatores nucleares, CFD, e
utilização de paradigmas de inteligência artificial em aplicações espaciais e
nucleares.
Análise e Medição de Efeitos da Radiação Espacial na Atmosfera
Terrestre
Estudo da interação e dos efeitos da
radiação ionizante sobre indivíduos,
materiais, componentes, e sistemas
expostos à radiação nas aplicações
aeroespaciais.
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Conceito de ciclo térmico Brayton sem fonte térmica
Análise de efeitos da radiação ionizante em
memórias de computador
Research Lines
Applied Nuclear Technology
Neutronic and Shielding
Computation modelling for conceptual design of fuel elements and core
arrangements for a micro-reactor, radiation shielding calculations, and
generation of nuclear data.
Reactor thermo-hydraulics and heat transfer
Computer simulation of
nuclear micro-plants for space
and hard access location
applications, development of
thermal cycles (Brayton,
Stirling and Rankine) for
nucleo-electric conversion of
space micro-reactors, computer simulation of thermal cycles, heat pipe
development and passive heat rejection systems, computer simulation of space
nuclear systems (space nuclear electric propulsion), safety analysis of nuclear
reactors, CFD, and paradigms of artificial intelligence in space and nuclear
applications.
Analysis and Measurement of Space Radiation Effects on the
Earth's Atmosphere
Study of the interaction and effects of
ionizing radiation on people, materials,
components, and systems exposed to the
radiation in aerospace applications.
Concept of Brayton thermal cycle without heat source
Effect of ionizing radiation in computer
memories
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Pós-graduação
O IEAV atua na formação de pessoal em nível de pós-graduação,
Mestrado e Doutorado, por meio do Programa de Pós-Graduação em Ciências
e Tecnologias Espaciais, PG-CTE. O Programa é fruto da parceria entre três
instituições de ensino e pesquisa subordinadas ao DCTA: o Instituto
Tecnológico de Aeronáutica, ITA, como a instituição principal, o Instituto de
Aeronáutica e Espaço, IAE, e o próprio IEAv. A estrutura administrativa do
Programa fica concentrada no ITA. No entanto, o IEAv e o IAE, por meio de
órgãos internos próprios, coordenam localmente as atividades de pós-
graduação, além de disponibilizar laboratórios e instalações de apoio
(bibliotecas, salas para estudantes, salas de aula, recursos de informática) para
o desenvolvimento dos trabalhos de Mestrado e Doutorado.
De acordo com a classificação da Coordenação de Aperfeiçoamento de
Pessoal de Nível Superior, CAPES, O PG-CTE é ligado à Área de Avaliação
Engenharias III, pertencente à Grande Área das Engenharias, a qual engloba
subáreas como a Engenharia Mecânica, Engenharia de Produção, Engenharia
Naval e Oceânica e a Engenharia Aeroespacial. Em sua avaliação inicial, o
programa obteve nota 4.
As linhas de pesquisas do PG-CTE estão distribuídas em cinco áreas de
concentração:
i) Física e Matemática Aplicadas (CTE-F)
Plasmas e Aplicações
Lasers e Aplicações
Matemática Aplicada e Modelagem Computacional
Efeitos da Radiação Ionizante
ii) Química dos Materiais (CTE-Q)
Eletroquímica e Corrosão
Espectroscopia
Síntese, Caracterização e Avaliação de Materiais e Nanomateriais
Materiais Energéticos
Química Teórica
22
iii) Propulsão Espacial e Hipersônica (CTE-P)
Aerotermodinâmica e Hipersônica
Adição de Energia por Radiação Eletromagnética
Propulsão Hipersônica
Técnicas de Diagnóstico em Escoamento Reativo
Propulsão Nuclear
Propulsão Aeroespacial
iv) Sensores e Atuadores Espaciais (CTE-S)
Materiais Avançados para Sensores e Metamateriais
Sensores à Fibra Óptica, a Óptica-Integrada, de Infravermelho, Magnéticos, Magneto-Mecânicos
Condicionamento de Sinais e Técnicas de Medição
Nanotecnologia e MEMS
Física de Dispositivos Semicondutores
v) Sistemas Espaciais, Ensaios e Lançamentos (CTE-E)
Ensaios Dinâmicos e Estáticos
Sistemas Elétricos e Eletrônicos
Sistemas Mecânicos
Materiais e Processos
Navegação e Controle
Engenharia de Sistemas
Estruturas e Aeroelasticidade
Computação Aplicada
Aerodinâmica Aplicada
Ensaios e Lançamentos
Confiabilidade e Certificação
23
Graduate Studies
The IEAv acts in personnel training of graduate level, Master. and
Doctorate, through the Space Science and Technology Graduate Program, PG-
CTE. The program is the result of a partnership between three teaching and
research institutions subordinated to DCTA: Aeronautics Institute of
Technology, ITA, as the lead institution, Institute of Aeronautics and Space,
IAE, and IEAv. The administrative structure of the program is concentrated in
ITA. However, IEAv and IAE, through its own internal departments, locally
coordinate the postgraduate activities, in addition to providing laboratories and
support facilities (libraries, rooms for students, classrooms, computer
resources) for development of the works of Master and the Doctorate.
According to the classification of Higher Education Personnel
Improvement Coordination, CAPES, an organization linked to the Brazilian
Ministry of Education, the PG-CTE is connected to the Engineering III
Evaluation Area, belonging to the Great Area of Engineering, which
encompasses subareas such as Mechanical Engineering, Production
Engineering, Naval Architecture and Ocean Engineering and Aerospace
Engineering. In its initial assessment, the program was graded 4.
The PG-CTE's research lines are divided into five areas of concentration:
i) Applied Physics and Mathematics (CTE-F)
Plasmas and Applications
Lasers and Applications
Applied Mathematics and Computational Modelling
Effects of Ionizing Radiation
ii) Chemistry of Materials (CTE-Q)
Electrochemistry and Corrosion
Spectroscopy
Synthesis, Characterization and Evaluation of Materials and Nanomaterials
Energetic materials
Theoretical Chemistry
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iii) Space Propulsion and Hypersonic (CTE-P)
Aerothermodynamics and Hypersonic
Adding Power by Electromagnetic Radiation
Hypersonic propulsion
Diagnostic Techniques in Reactive Flow
Nuclear Propulsion
Aerospace Propulsion
iv) Sensors and Spatial Actuators (CTE-S)
Advanced materials for sensors and metamaterials
Sensors for Fiber Optic, Integrated Optics, Infrared, Magnetic, Magneto-Mechanics
Signal Conditioning and Measurement Techniques
Nanotecnology e MEMS
Semiconductor Device Physics
v) Space systems, Testing and Launchings (CTE-E)
Dynamic and Static Testing
Electrical and Electronics Systems
Mechanical Systems
Materials and Methods
Navigation and Control
Systems Engineering
Structures and Aeroelasticity
Applied Computing
Applied Aerodynamics
Tests and Launchings
Reliability and Certification
25
Iniciação Científica e Tecnológica
A despeito de não contar com cursos de graduação, desde 2006 o IEAV
participa de Programas Institucionais de Iniciação Científica, PIBIC, e
Tecnológica, PIBIT, concedidos pelo CNPq. O objetivo dos programas consiste
em promover o contato direto dos alunos com atividades científicas e
tecnológicas em desenvolvimento no Instituto. Atualmente, estes programas
contam com um total de 30 bolsas de estudo, distribuídas em 26 de Iniciação
Científica e 04 de Iniciação Tecnológica e Inovação.
A demanda de alunos é suprida, em sua maioria, por Instituições de
Ensino Superior de São José dos Campos e região, particularmente nas áreas
de Física, Química, Matemática e Engenharias. Em alguns casos, tem-se
observado o ingresso no PG-CTE de alunos oriundos dos programas
PIBIC/PIBIT, o que demonstra a importância de ambos na formação de
recursos humanos no âmbito do IEAV.
Atendendo às normas de avaliação do CNPq, o IEAv organiza
anualmente o Simpósio de Ciência e Tecnologia do IEAV (SCTI), durante o
qual os bolsistas apresentam suas produções científicas, que são avaliados
pelo Comitê Institucional. A submissão de trabalhos para o evento também é
aberta para bolsistas de outros programas de iniciação científica e tecnológica,
bem como para alunos de pós-graduação, contribuindo para o treinamento dos
alunos para a confecção e apresentação de artigos científicos.
Além do financiamento pelo CNPq, o IEAV conta também com um
programa próprio de concessão de bolsas em nível de graduação (iniciação
científica e tecnológica) e pós-graduação (mestrado e doutorado), por meio de
projetos de pesquisa financiados diretamente pelo Comando da Aeronáutica.
26
Scientific and Technology Initiation
Despite not having undergraduate courses, since 2006 the IEAv
participate in Institutional Programs of Scientific Initiation, PIBIC and
Technology, PIBIT, both granted by CNPq. The objective of the programs is to
promote a direct contact of students with scientific and technological activities in
development at the Institute. Nowadays, these programs have 30 scholarships,
distributed in 26 Scientific Initiation and 04 Technological and Innovation
Initiation.
The student demand is supplied mostly by higher education institutions of
São José dos Campos and Surroundings, particularly in the areas of Physics,
Chemistry, Mathematics and Engineering. In some cases, it has been noted the
admission on PG-CTE students from the PIBIC/PIBIT programs, which
demonstrates the importance of both programs in the formation of human
resources at IEAv.
Following the rules of evaluation of the CNPq, the IEAv hosts annually
the Science and Technology Symposium (SCTI), where fellows present their
scientific productions and which are evaluated by the institutional committee.
The submission of papers for the event is also open to scholars from other
scientific and technological initiation programs as well as postgraduate
students, training the students for the preparation and presentation of scientific
articles.
Besides CNPq funding, IEAv also has its own program of scholarships at
the undergraduate level (scientific and technological initiation) and graduate
(master and doctorate), by means of research projects funded directly by the Air
Force Command.
27
Gestão de P&D
O IEAV conta com um órgão especializado na gestão de suas atividades
técnico-científicas. Criada em 2001 como uma iniciativa dos pesquisadores do
IEAv, com apoio da administração, a atual CAPD, Comissão Assessora de
Pesquisa e Desenvolvimento, originalmente denominada Comissão de Gestão
de Pesquisa e Desenvolvimento, CGP&D, tem por atribuições:
i) Assessorar a esfera administrativa no uso racional de competências e
capacitações existentes no Instituto;
ii) Avaliar propostas de projetos submetidos a órgãos de fomento
externos ao COMAER, conforme diretrizes institucionais;
iii) Elaborar a prospecção interna de oportunidades técnico-científicas
para atender os interesses da Defesa Nacional e do setor Aeroespacial
Um dos principais instrumentos da CAPD consiste no WAI, o Workshop
Anual de Pesquisa e Desenvolvimento do IEAv. O evento possui duplo-
objetivo: propor temas de interesse do Instituto e servir como um indicador de
suas atividades de P&D. no primeiro caso, o WAI conta com apresentações de
convidados externos com reconhecida experiência dentro do tema escolhida
em cada edição. No segundo, a comunidade científica é estimulada a
submeter, na forma de resumos de uma página, as atividades realizadas ao
longo dos últimos 12 meses, apresentados na seção a seguir.
28
R&D Management
The IEAv has a specialized department in the management of its
technical and scientific activities. Created in 2001 as an initiative of IEAv
researchers, with the support of the administration, the current CAPD, the
Advisory Committee on Research and Development, originally called
Committee for Research and Development Management, CGP & D, perform the
following tasks:
i) To advise the administrative level in the rational use of existing skills
and training at the Institute;
ii) Evaluate project proposals submitted to external funding agencies to
COMAER as institutional guidelines;
iii) Develop the internal prospecting of technical and scientific
opportunities to meet the interests of National Defence and Aerospace.
One of the main instruments of CAPD is the WAI, the Annual Research
Workshop and Development of IEAv. The event has double purpose: to
propose topics of interest to the Institute and serve as an indicator of its R & D
activities. In the first case, the WAI has presentations of invited guests with
recognized experience in accordance with the theme chosen for each issue. In
the second, the scientific community is encouraged to submit, in the form of one
page summaries, the activities carried out over the last 12 months, presented in
the following section.
29
30
31
32
Atividades de Pesquisa e Desenvolvimento
Instituto de Estudos Avançados – IEAv
Anais do WAI
Cálculo das propriedades ópticas de materiais semicondutores ____________ 36
Optical properties calculations for semiconductor materials ________________ 37
Processamento de Dados Nucleares, Cálculos de Projeto, Verificação e
Validação ___________________________________________________________ 38
Nuclear Data Processing, Design Calculations, Verification and Validation __ 39
Desenvolvimento de Pacote de Simulação Numérica de Motores de
Combustão Supersônica – Projeto SJETSP _____________________________ 40
Development of a Numerical Simulation Pack for Scramjet Engines – SJETSP
project _____________________________________________________________ 41
Programa Computacional para Cálculo de Nanoestruturas Semicondutoras _ 42
Computational Program for Semiconductor Nanostructures Calculations ____ 43
Desenvolvimento de Sensores de Ionização para Tubos de Choque e
Detonação __________________________________________________________ 44
Development of Ionization Sensors for Shock Tubes and Detonation _______ 45
Esquema de Simulação de Acidentes de Perda de Refrigerante em PWR ___ 46
Simulation Scheme for the Loss of Coolant Accident in PWR ______________ 47
Análise numérica de escoamentos de ar na entrada de motores scramjet ___ 48
Numerical analysis of airflows in scramjet intakes ________________________ 49
Escoamento Bifásico com Mudança de Fase ____________________________ 50
Two-phase Flow with Phase Change ___________________________________ 51
Primeiro Conceito de Núcleo para o Microrreator do Projeto TERRA _______ 52
First Concept for the TERRA Project Microrreactor Nuclear Core __________ 53
Lançador Hipersônico de Massa _______________________________________ 54
Hypersonic Mass Launcher ___________________________________________ 55
Estudo numérico de adição de energia a escoamentos de altas velocidades 56
Numerical study of energy addition to high speed airflows _________________ 57
Desenvolvimento de Sensores de Infravermelho a Poços Quânticos _______ 58
Development of QWIP Technology _____________________________________ 59
Desenvolvimento de Fotodiodos de InGaAs para Detecção de Infravermelho no
SWIR ______________________________________________________________ 60
33
Development of InGaAs Photodiods for SWIR Applications ________________ 61
Pouso Autônomo de um VANT VTOL Através de Visão Computacional _____ 62
Autonomous Landing of a VTOL UAV Through Computer Vision ___________ 63
Química teórica: estruturas moleculares e dinâmica química ______________ 64
Theoretical Chemistry: molecular structures and chemical dynamics _______ 65
Otimização de um Ciclo Brayton Fechado ______________________________ 66
Optimization of a Closed Brayton Cycle _________________________________ 67
Bancada Piloto para Testes de Combustores Supersônicos _______________ 68
Pilot Working Bench for Testing of Supersonic Combustors _______________ 69
Simulação de espectros de moléculas diatômicas para determinação de
temperatura _________________________________________________________ 70
Simulation spectra of diatomic molecules for temperature determination ____ 71
Pesquisa em “scramjet” no IEAv _______________________________________ 72
Scramjet Research at IEAv ___________________________________________ 73
Sistema de Inteligência de Imagens ____________________________________ 74
Imagery Intelligence System __________________________________________ 75
Velocimetria de Escoamentos Reativos _________________________________ 76
Velocimety of Reactive Flows _________________________________________ 77
Estudo e desenvolvimento de blindagens da radiação cósmica para uso
aeroespacial ________________________________________________________ 78
Study and development of cosmic radiation shielding for aerospace use ____ 79
Visualização de Escoamentos pela Óptica Schlieren _____________________ 80
Visualization Flow by Schlieren Optics __________________________________ 81
Alocação de recursos de defesa contra ataques terroristas em megaeventos
esportivos __________________________________________________________ 82
Defense resource allocation against terrorist attacks during sports mega-events
___________________________________________________________________ 83
Acabamento superficial de carbeto de silício para aplicações embarcadas __ 84
Sintered Silicon Carbide Mirror Substrates Surface Finishing for Embedded
Application __________________________________________________________ 85
Projeto Combustão Supersônica Assistida por Laser com Aplicação
Aeroespacial (CSLASER) _____________________________________________ 86
Laser-Assisted Supersonic Combustion with Aerospacial Applications Project
(CSLASER) _________________________________________________________ 87
34
Deposição a laser de revestimentos TBC _______________________________ 88
Thermal Barrier Coatings laser deposition ______________________________ 89
Polarimetria Compacta SAR: aplicações em vigilância marítima no âmbito da
Defesa _____________________________________________________________ 90
SAR Compact Polarimetry: applications on maritime surveillance in the context
of the Defense ______________________________________________________ 91
PMA II _____________________________________________________________ 92
PMA II _____________________________________________________________ 93
Fotônica Integrada em Silício – Dispositivos Insensíveis a Variação de
Temperatura ________________________________________________________ 94
Integrated Silicon Photonics – Athermal Devices _________________________ 95
Caracterização de Acelerômetro Micro-Eletro-Mecânico Capacitivo ________ 96
Characterization of a Micro Electro Mechanical Capacitive Accelerometer ___ 97
Análise de Dispersão de Nanoferritas por FMM __________________________ 98
Nanoferrite Dispersion Analysis by FMM ________________________________ 99
Caracterização de Materiais, Sensores e Filtros em Frequências Terahertz 100
Materials, Sensors and Filters Characterization in Terahertz Frequencies __ 101
Simulação e Avaliação da Radiação Cósmica __________________________ 102
Simulations and Evaluation of the Cosmic Ray _________________________ 103
Técnicas de caracterização eletromagnética de materiais ________________ 104
Techniques for electromagnetic characterization of materials _____________ 105
Estudo de modelo de avaliação de cobertura de sinal de um sistema de
computação, navegação e posicionamento por satélites _________________ 106
Evaluation model for signal coverage assessment of satellite communication,
navigation and positioning system ____________________________________ 107
Análise de Cobertura e Problemas de Roteamento ______________________ 108
Coverage Analysis and Routing Problems _____________________________ 109
Redução da porosidade do Carbono Vítreo ____________________________ 110
Porosity Reduction of Vitreous Carbon ________________________________ 111
Microusinagem a laser de carbono vítreo ______________________________ 112
Laser Micromachining of Vitreous Carbon ______________________________ 113
Modelos e Métricas de Avaliação de Capacidades ______________________ 114
Models and Metrics for Capabilities Assessment ________________________ 115
Nanopartículas aplicadas em Blindagens ______________________________ 116
35
Nanoparticles applied Shields ________________________________________ 117
Projeto PASIL – Resultados Espectroscópicos _________________________ 118
PASIL Project – Spectroscopy Results ________________________________ 119
Projeto PASIL – Geração de Vapor Atômico a Laser ____________________ 120
PASIL Project – Atomic Vapor Generation by Laser Ablation _____________ 121
Caracterização de Materiais e Blindagens Aeroespaciais ________________ 122
Characterization of Aerospace Shielding and Materials __________________ 123
Técnicas e Medições de Radiação Cósmica a bordo de Aeronaves _______ 124
Methods and Measurements of Cosmic Radiation onboard Aircrafts _______ 125
Efeitos da radiação cósmica na eletrônica _____________________________ 126
Cosmic radiation effects in electronics _________________________________ 127
Estudo da Combustão de Biocombustíveis _____________________________ 128
Study of Combustion of Biofuels ______________________________________ 129
Cerâmicas eletrônicas para encapsulamento de sensores e RADOME na faixa
de RF e Micro-ondas ________________________________________________ 130
Electronic Ceramics for Encapsulation of Sensors and RADOME in the RF and
Microwave _________________________________________________________ 131
Projeto 14-X S _____________________________________________________ 132
14-X S Research Project ____________________________________________ 133
Projeto 14-X “waverider” _____________________________________________ 134
14-X “Waverider” Project ____________________________________________ 135
Tratamentos Termoquímicos a Plasma ________________________________ 136
Plasma Thermochemical Treatments __________________________________ 137
Caracterização de Câmeras de Imageamento __________________________ 138
Imaging Cameras Characterization ___________________________________ 139
Avaliação Cartográfica do Radar - SAR ________________________________ 140
Cartographic evaluation of Radar - SAR _______________________________ 141
36
Cálculo das propriedades ópticas de materiais semicondutores
Equipe: Luis C. O. Dacal1*, Andres Cantarero2 1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Universidade de Valencia - Espanha.
Materiais semicondutores e suas nanoestruturas são muito usados em dispositivos optoeletrônicos com aplicações na indústria aeroespacial. Cálculos tipo “ab initio” das propriedades ópticas (função dielétrica, condutividade óptica, coeficientes de absorção, …) de tais sistemas já estão consolidados como uma ferramenta importante tanto na compreensão dos fenômenos físicos envolvidos, quanto na otimização das estruturas empregadas nos dispositivos. No nosso caso, empregamos o método LAPW (“linearized augmented plane
wave”) implementado no programa Wien2k. Recentemente, empregamos esta ferramenta para investigar os efeitos de falhas no empilhamento atômico de uma rede cristalinas de InP sobre as propriedades ópticas do material. Nossos resultados confirmaram resultados experimentais que indicam a possibilidade de controle do tempo de recombinação dos portadores de carga e, ao mesmo tempo, forneceram uma visão mais realista da evolução do “gap” de energia ao longo do eixo de simetria da estrutura. Estes resultados têm interesse tanto do ponto de vista tecnológico quanto da pesquisa básica. Parte destes cálculos foi realizada no CENAPAD – SP.
Financiamento: FAPESP (projeto 2011/08513-1)
Produção Científica Associada
[1] Luis C. O. Dacal, Andres Cantarero, "Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada" Sauípe - BA (2014).
Parte imaginária da componente zz da função dielétrica do InP nas simetrias wurtzita (WZ), blenda de zinco (ZB) e WZ com falhas ZB.
37
Optical properties calculations for semiconductor materials
Staff: Luis C. O. Dacal1*, Andres Cantarero2
1Institute for Advanced Studies – IEAv; 2University of Valencia - Spain. *[email protected]
Semiconductor materials are largely employed as building blocks for optoelectronic devices in the aerospacial industry. “Ab initio” calculations of their optical properties (such as dielectric function, optical conductivity and absorption coefficients) are well established as an important tool to understand the related physical phenomena and also to optimize the final devices. In our case, we employ the LAPW (linearized augmented plane wave) method as implemented in the Wien2k code. Recently, we investigated the effects of atomic
stacking faults on the optical properties of an InP crystal lattice. Our results confirmed experiments that show the possibility of controlling the lifetime of photogenerated charge carriers. At the same time, we were also able to get a realistic picture of the energy gap evolution along the crystal cell axis. These results are important from the technological and basic science points of view. Calculations were performed at CENAPAD – SP.
Financial support: FAPESP (grant 2011/08513-1)
Associated Scientific Production
[1] Luis C. O. Dacal, Andres Cantarero, "Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada" Sauípe - BA (2014).
Imaginary part of the dielectric function (zz
component) for wurtzite (WZ) and zincblende (ZB)
InP phases and WZ InP with ZB stacking faults.
38
Processamento de Dados Nucleares, Cálculos de Projeto, Verificação e Validação
Equipe: Alexandre D. Caldeira.
Instituto de Estudos Avançados – IEAv. [email protected]
Dados nucleares são propriedades nucleares da matéria e desempenham um papel fundamental nos cálculos de projeto realizados em Engenharia Nuclear. Os dados nucleares avaliados são encontrados em bibliotecas de dados nucleares avaliados, como a Evaluated Nuclear Data File disponível no sítio da Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA). Dados nucleares avaliados não podem ser utilizados diretamente em cálculos de projeto e, para atingir este objetivo, precisam ser processados. Este processamento pode ser uma ou mais operações independentes e representa a geração de dados nucleares, pontuais ou multigrupo e,
normalmente, é realizado com os programas pré-processadores, distribuídos pela AIEA, ou com o Sistema NJOY, de Los Alamos. Estes dados nucleares são parâmetros básicos de entrada para os modelos matemáticos que são utilizados nos cálculos de projeto de reatores nucleares. Estes cálculos objetivam determinar o fator de multiplicação, a massa crítica, o enriquecimento, a espessura crítica ou de uma blindagem, o fluxo de nêutrons etc. Finalmente, o resultado destes cálculos precisa ser verificado e validado. Nos processos de verificação e validação, os resultados obtidos são comparados, respectivamente, com valores calculados com procedimentos ou programas computacionais diferentes e com valores experimentais.
Produção Científica Associada
[1] Alexandre D. Caldeira, “On Processing Material 90-Th-232 from ENDF/B-VII.0 with the NJOY System”, ANE, 37, 1420-1421 (2010).
[2] Alexandre D. Caldeira, “Geração de Seções de Choque Multigrupo para Cálculos Determinísticos em BNCT”, XIII WAI, São José dos Campos (2013).
[3] Alexandre D. Caldeira, “Some Criticality Calculations in Spherical Geometry”, Submetido ao XIX ENFIR, São Paulo (2015).
Principais seções de choque microscópicas do material 94-Pu-242 processadas com os programas computacionais LINEAR, RECENT e SIGMA1.
39
Nuclear Data Processing, Design Calculations, Verification and Validation
Staff: Alexandre D. Caldeira.
Institute for Advanced Studies – IEAv. [email protected]
Nuclear data are nuclear properties of matter and play a key role in the design calculations made in Nuclear Engineering. The evaluated nuclear data are found in evaluated nuclear data libraries, as the Evaluated Nuclear Data File available on the website of the International Atomic Energy Agency (IAEA). Evaluated nuclear data cannot be directly used in design calculations and, to achieve this goal, they need to be processed. This processing may be one or more independent operations on the data and represents the step of nuclear data generation, pointwise or multigroup, and, usually, is carried out by the pre-processing
codes, distributed by IAEA, or the NJOY System, of Los Alamos. These nuclear data are basic input parameters to the mathematical models that are used in design calculations of nuclear reactors. These calculations are intended to determine the multiplication factor, critical mass, enrichment, the critical thickness or a shield, the neutron flux etc. Finally, the results of these calculations must be verified and validated. In the verification and validation processes, the results are compared, respectively, with values calculated with different procedures or computer codes and experimental values.
Associated Scientific Production
[1] Alexandre D. Caldeira, “On Processing Material 90-Th-232 from ENDF/B-VII.0 with the NJOY System”, ANE, 37, 1420-1421 (2010).
[2] Alexandre D. Caldeira, “Geração de Seções de Choque Multigrupo para Cálculos Determinísticos em BNCT”, XIII WAI, São José dos Campos (2013).
[3] Alexandre D. Caldeira, “Some Criticality Calculations in Spherical Geometry”, Submitted to XIX ENFIR, São Paulo (2015).
Major microscopic cross sections for material 94-Pu-242 processed with LINEAR, RECENT and SIGMA1 codes.
40
Desenvolvimento de Pacote de Simulação Numérica de Motores de Combustão
Supersônica – Projeto SJETSP Equipe: Tiago Cavalcanti Rolim1,*, Paulo Gilberto de Paula Toro1
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv *[email protected]
Um código numérico foi desenvolvido para análise preliminar de motores de combustão supersônica bidimensionais. A vantagem do SJETSP (Scramjet Simulation Pack) é sua capacidade de estimar múltiplos parâmetros de desempenho com tempo computacional reduzido. Para isso, a entrada de ar foi modelada utilizando-se as relações de ondas de choque obliquas. O isolador, combustor e tubeira foram tratados com um modelo de fluido quase-unidimensional, viscoso e reativo. Os efeitos viscosos foram considerados estimando-se o coeficiente de fricção e o fluxo de calor através das paredes. Um
mecanismo de combustão hidrogênio-ar foi também incluído com um modelo de mistura.
O SJETSP vem sendo validado através de experimentos encontrados na literatura e utilizado para se investigar como algumas propriedades do escoamento no motor variam com diferentes trajetórias e estratégias de injeção de combustível, pois essas propriedades são largamente sensíveis a mudanças das condições de vôo e da quantidade de combustível utilizada.
Produção Científica Associada
[1] Tiago C. Rolim, “Emprego de Métodos com Modelo Físico Simplificado para Análise de Combustores Supersônicos em Fase de Projeto”, UNIFA, (2014).
[2] Tiago C. Rolim, Paulo G. P. Toro, "Description and Application of the Scramjet Engine Simulation Pack (SJETSP)," COBEM (2015) – Resumo Aceito.
Distribuição de pressão num motor de combustão supersônica, resultados de validações efetuadas.
41
Development of a Numerical Simulation Pack for Scramjet Engines – SJETSP project
Staff: Tiago Cavalcanti Rolim1,*, Paulo Gilberto de Paula Toro1.
1Institute for Advanced Studies – IEAv *[email protected]
A numerical model was developed for preliminary analysis of 2D scramjet engines. The advantage of the SJETSP is that it is capable of estimating a multitude of scramjet performance parameters with a short computational time. To achieve this, the inlet was modeled with the oblique shockwave relationships. The isolator, combustor and nozzle were treated using a quasi-one-dimensional, viscous and reacting flow model. The viscous effects were taken into account estimating the skin friction coefficient and the heat flux through the walls. A hydrogen-air combustion mechanism was also included along with a mixing model.
Experiments have been used to validate the numerical code with overall good agreement. Concerning its applications, the SJETSP is used, for instance, to investigate how flow thermochemical properties inside combustor vary with trajectory changes or how these same properties vary with different fuel injection strategies.
Associated Scientific Production
[1] Tiago C. Rolim, “Emprego de Métodos com Modelo Físico Simplificado para Análise de Combustores Supersônicos em Fase de Projeto”, UNIFA, (2014).
[2] Tiago C. Rolim, Paulo G. P. Toro, "Description and Application of the Scramjet Engine Simulation Pack (SJETSP)," COBEM (2015) – Abstract accepted.
Pressure distribution on a scramjet engine, results from code validation.
42
Programa Computacional para Cálculo de Nanoestruturas Semicondutoras
Equipe: Angelo Passaro1,2,*, Roberto Y. Tanaka1,2, Nancy M. Abe1, Gustavo S. Vieira1,2, Diogo de M. Pedroso1,2, Dárley D. de Almeida1,2, André F.
Pereira1,2, Euzi C. F. da Silva3.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA; 3Universidade de São Paulo – USP.
*[email protected] O QWS (Quantum Well Solver) é uma das ferramentas computacionais atualmente em desenvolvimento no Laboratório de Engenharia Virtual (LEV) do IEAv. O QWS permite modelar e calcular as energias e os estados confinados e estendidos em nanoestruturas semicondutoras baseadas em poços quânticos fabricadas com compostos e ligas de elementos da família III-V, as curvas de absorção, de corrente de escuro e de fotocorrente de dispositivos. O módulo de cálculo do QWS permite também resolver a
Equação de Schrödinger em fios e pontos quânticos. Neste caso, o modelo geométrico, a geração da malha de Elementos Finitos, a atribuição dos materiais e condições de contorno e a visualização dos resultados são feitas no LEVSOFT, outra ferramenta também desenvolvida no LEV. Atualmente há três trabalhos em andamento envolvendo poços quânticos. O primeiro está relacionado a um novo modelo físico-matemático para estimativa de corrente de escuro e fotocorrente [1]. O segundo trabalho está relacionado aos fotodetectores com múltiplos poços quânticos e envolve a codificação computacional de um modelo autoconsistente que leva em conta a corrente injetada nos contatos e o balanceamento da corrente de captura e emissão de elétrons de cada poço. O terceiro trabalho é o desenvolvimento de um módulo de cálculo de estruturas de bandas e propriedades elétricas de junções de materiais semicondutores. Com relação aos pontos quânticos está em estudo o efeito da segregação de átomos de Índio nestas nanoestruturas.
Financiamento: CAPES, CNPq.
Produção Científica Associada
[1] Diogo M. Pedroso, et al., "Computation of dark current in QWIPs using a modelling based on Ehrenfest Theorem", (2015) (a ser publicado).
Imagem 3D do estado fundamental de um ponto quântico.
43
Computational Program for Semiconductor Nanostructures Calculations
Staff: Angelo Passaro1,2,*, Roberto Y. Tanaka1,2, Nancy M. Abe1, Gustavo S. Vieira1,2, Diogo de M. Pedroso1,2, Dárley D. de Almeida1,2, André F.
Pereira1,2, Euzi C. F. da Silva3.
1Institute for Advanced Studies – IEAv; 2Technological Institute of Aeronautics – ITA; 3University of São Paulo – USP.
The QWS (Quantum Well Solver) is a computational tool currently under development at the Virtual Engineering Laboratory (LEV) of IEAv. QWS allows the modeling of quantum well structures, calculating the energies of confined and extended states in the semiconductor nanostructures made of compounds and alloys of elements of the III-V family, the absorbance curve, the dark current and photocurrent of devices as a function of the applied bias. The
QWS calculation module also solves the Schrödinger equation in quantum dots and wires. In this case, the geometric model, the finite element mesh generation, the materials and boundary condition attributions, and the visualization of the results are made in the LEVSOFT, another tool also developed at LEV. Currently there are three ongoing projects involving quantum wells. The first relates to a new physical-mathematical model to estimate dark current and photocurrent [1]. The second one is related to photodetectors with multiple quantum wells and involves the computer coding of a self-consistent model that takes into account the current injected into the contacts and balancing the capture of current and electron emission from each quantum well. The third work is the development of a module that computes the electronic band structure and the electrical properties of semiconductor junctions. Regarding the quantum dots, qualitative researches about the effect of Indium atom segregation in these nanostructures are being conducted at LEV.
Funding support: CAPES, CNPq.
Associated Scientific Production
[1] Diogo M. Pedroso, et al., "Computation of dark current in QWIPs using a modelling based on Ehrenfest Theorem" (2015) (to be published).
Front-face culling 3D image of a ground state solution of a QD.
44
Desenvolvimento de Sensores de Ionização para Tubos de Choque e Detonação
Equipe: Rafael A. Cintra1,*, Tiago C. Rolim2, Carla S. T. Marques2, Joely E. Ferraz2, Marcos V. R. Santos2, Luiz C. M. Lavras2
1Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI; 2Instituto de Estudos Avançados – IEAv.
Um sensor de ionização foi desenvolvido para aplicação em tubo de choque e detonação. Para isso, primeiramente, foram efetuadas simulações numéricas em MATLAB e, em seguida, foi testado o circuito utilizando uma chama como fonte de gás a ser ionizado. Os resultados experimentais obtidos geraram boa concordância com o modelo teórico e tempo de resposta apropriados para aplicações em túneis de choque e sistemas de detonação. Com isso, foi fabricado o sensor utilizando um elemento cerâmico para a isolação dos eletrodos de tungstênio-tório, e o adaptador para túnel de choque e detonação foi usinado em aço inox. Esse sensor será utilizado em futuros
testes em laboratório, utilizando-se o túnel de choque T1 e o sistema de detonação pulsada.
Financiamento: COMAER.
Agradecimentos: Os autores gostariam de expressar sua gratidão à SUTEC/IEAv pelo apoio técnico dado a essa pesquisa.
Produção Científica Associada
[1] Rafael A. Cintra, Tiago C. Rolim, “Desenvolvimento de Sensores de Ionização para Tubos de Choque e Detonação", Relatório Técnico-Científico CTA/IEAv-EAH/RT-001/2015.
[2] Rafael A. Cintra, Tiago C. Rolim, Carla S. T. Marques, "Desenvolvimento de Sensor de Ionização para Tubos de Choque e Detonação", SCTI (2015) – Trabalho Aceito.
Desenho em corte do sensor de ionização fabricado. Dimensões em mm.
45
Development of Ionization Sensors for Shock Tubes and Detonation
Staff: Rafael A. Cintra1,*, Tiago C. Rolim2, Carla S. T. Marques2, Joely E. Ferraz2, Marcos V. R. Santos2, Luiz C. M. Lavras2
1Federal University of Itajubá – UNIFEI; 2Institute for Advanced Studies – IEAv.
An ionization sensor was developed for application in shock tubes and detonation systems. To achieve this, firstly, numerical simulations were done in MATLAB. Afterwards, the circuit was tested using a flame as a source of gas to be ionized. The experimental results showed good agreement with numerical model and time response appropriated for applications in shock tunnels and detonation systems. The sensor was manufactured using ceramics for the isolation of the thorium-tungsten electrodes, and the adapter for the shock tunnel and the detonation system was machined in stainless steel. This sensor will be used for future tests in
laboratory, including the T1 shock tunnel and the pulsed detonation system.
Funding support: COMAER.
Acknowledgements: The authors would like to express their gratitude to the SUTEC/IEAv for the technical support given to this research.
Associated Scientific Production
[1] Rafael A. Cintra, Tiago C. Rolim, “Desenvolvimento de Sensores de Ionização para Tubos de Choque e Detonação", Technical-Scientific Report CTA/IEAv-EAH/RT-001/2015.
[2] Rafael A. Cintra, Tiago C. Rolim, Carla S. T. Marques, "Desenvolvimento de Sensor de Ionização para Tubos de Choque e Detonação", SCTI (2015) – Accepted.
Sectional view of the produced ionization sensor. Dimensions in mm.
46
Esquema de Simulação de Acidentes de Perda de Refrigerante em PWR
Equipe: Eduardo M. Borges1, 2 *, Francisco A. Braz Filho1, Lamartine N. F. Guimarães1, Gaianê Sabundjian2.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares – IPEN. *[email protected]
Para atender às exigências de licenciamento de um reator nuclear impostas pelo órgão licenciador deve-se realizar a análise de segurança termo-hidráulica de acidentes e transientes para a instalação que será certificada. Isto é feito com o código RELAP-5. Este programa é o mais usado em análise de segurança e é aceito
para o licenciamento de reatores nucleares do tipo PWR pela Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN). A simulação verifica o sucesso de desempenho do Sistema de Refrigeração de Emergência do Núcleo (SREN) e a existência de transição confiável e segura da fase de injeção de segurança de alta pressão e de injeção do acumulador, para a fase de remoção de calor residual. As condições iniciais e de contorno adotadas na simulação de cada evento simulado (acidente ou transiente), seguem aquelas especificadas no Relatório de Final de Análise de Segurança (RFAS) do reator. Como exemplo de análise é realizado o acidente de perda de refrigerante por pequena ruptura - SBLOCA (de 50 cm2) na tubulação do circuito primário do reator nuclear Angra-2. A figura apresenta as curvas de vazão mássica na quebra, em função do tempo, para o evento analisado. O SREN de Angra-2 atuou como previsto e garantiu a integridade do núcleo, como desejado. Os resultados obtidos pelo RELAP-5 e os apresentados pelo FSAR de Angra-2 mostram comportamentos similares.
Financiamento: recursos orçamentários do COMAer e CNPq.
Produção Científica Associada
[1] Paulo D.C. Lobo, Francisco A. Braz Filho, Eduardo M. Borges, Lamartine N.F. Guimarães, Gaianê Sabundjian, “Relap5-3d v4.0.3: Installation and Tests for Applications to Space Reactors,” Annals of the INAC. v.1, 1 – 7 (2013).
0
100
200
300
400
500
600
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Tempo (s)
Vazão
(kg
/s)
RELAP5
FSAR
Curvas de vazão em massa na quebra.
47
Simulation Scheme for the Loss of Coolant Accident in PWR
Team: Eduardo M. Borges1, 2 *, Francisco A. Braz Filho1, Lamartine N. F. Guimarães1, Gaianê Sabundjian2.
1Institute for Advanced Studies – IEAv; 2Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares – IPEN.
In order to meet licensing requirements for a nuclear reactor imposed by the licensing authority an accident thermal hydraulics safety and transient analysis must be performed. In general, this analysis is performed with the RELAP5 code. The RELAP5 code is the most accepted and used for safety analysis and PWR nuclear reactor licensing. It is the
“Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN)” choice for that type of analysis. An Angra nuclear reactor accident analysis was performed jointly by a team of researchers from the ENU/IEAv and the IPEN/CNEN-SP. That simulation verify the performance adequacy of the core emergency cooling system (CECS) and the safe transition from the high pressure injection to accumulator injection in the residual heat removal phase. The initial and boundary conditions of each simulated event (accident or transient) are those established on the Angra Final Safety Analysis Report (FSAR). As an example analysis a small rupture coolant loss accident- SBLOCA (of 50 cm2) is performed in the primary loop for the Angra-2 nuclear reactor. The figure shows the mass flow at the rupture as a function of time for that event. The Angra-2 CECS performed as predicted and guaranteed the core integrity. The results obtained from RELAP5 matched those contained the Angra-2 FSAR.
Funding support: COMAer and CNPq.
Associated Scientific Production
[1] Paulo D.C. Lobo, Francisco A. Braz Filho, Eduardo M. Borges, Lamartine N.F. Guimarães, Gaianê Sabundjian, “Relap5-3d v4.0.3: Installation and Tests for Applications to Space Reactors,” Annals of the INAC. v.1, 1 – 7 (2013).
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(kg
/s)
RELAP5
FSAR
SBLOCA mass flow rate profile calculated with RELAP5 and presented at the Angra-2 FSAR.
48
Análise numérica de escoamentos de ar na entrada de motores scramjet
Colaboradores: Augusto F. Moura, João Vitor M. B. de Siqueira, Jacqueline A. R. de Carvalho, Mauricio A. P. Rosa*.
Instituto de Estudos Avançados – IEAv. *[email protected]
Um dos principais componentes de um motor scramjet é a entrada que é responsável por eficientemente comprimir e desacelerar o escoamento de ar de velocidades hipersônicas para supersônicas e em condições adequadas para a combustão do combustível na região do combustor do motor. É sabido que os efeitos viscosos na região de admissão de ar, como as interações de ondas de choque e da camada de entropia com a camada limite da parede, causa separação do escoamento que pode eventualmente levar o motor a uma indesejável condição de não-partida. Neste contexto, uma série de estudos numéricos de escoamentos de ar na entrada de motores scramjet tem sido realizada, na Subdivisão de Simulação Computacional (EAH-C), para estudar estes mecanismos e auxiliar no projeto do protótipo do veículo hipersônico 14-X. Inicialmente, foram feitas análises bidimensionais (2D) da configuração do 14-XB, para condições ao redor da condição nominal, que estão sendo neste momento estendidas para incluir os efeitos de bordas de ataque rombudas do veículo e da carenagem. Além disso, foram também iniciados estudos dos efeitos tridimensionais (3D) no escoamento da entrada e da possibilidade de aumentar a compressão do escoamento com paredes laterais da entrada convergentes.
Suporte financeiro: projeto número 560143/2010-9 (CNPq).
Produção científica associada
[1] Augusto F. Moura, Mauricio A. P. Rosa, “A Numerical Investigation of Air Intakes for the 14-X Airspace Hypersonic Vehicle's Scramjet Engine”. ECFD VI, Spain, (2014).
[2] Augusto F. Moura, “A COMPUTATIONAL STUDY OF THE AIRFLOW IN SCRAMJET INTAKES”, Dissertação (Mestrado em Ciências e Tecnologias Espaciais) – IEAv (2014).
[3] João Vitor M. B. de Siqueira, Mauricio A. P. Rosa, " A numerical investigation of the 14-XB forebody leading edge bluntness effects on the external airflow of the scramjet intake", 23rd ABCM International Congress of Mechanical Engineering, COBEM2015, Rio de Janeiro (2015) – está para ser publicado.
[4] Jacqueline A. R. de Carvalho, Mauricio A. P. Rosa, "A numerical analysis of the effects of side wall compression in 3D scramjet intakes”, 23rd ABCM International Congress of Mechanical Engineering, COBEM2015, Rio de Janeiro (2015) – está para ser publicado.
49
Numerical analysis of airflows in scramjet intakes
Staff: Augusto F. Moura, João Vitor M. B. de Siqueira, Jacqueline A. R. de Carvalho, Mauricio A. P. Rosa*.
Institute for Advanced Studies – IEAv. *[email protected]
One of the main components of a scramjet engine is the inlet which is responsible for efficiently compressing and decelerating the incoming hypersonic airflow to supersonic speeds and at suitable conditions for the combustion of a fuel in the engine combustor. It is known that viscous effects in the intake such as shock wave and entropy-layer interactions with the wall boundary-layers cause flow separation which may eventually take the engine to an undesirable unstart condition. In this context, a series of numerical studies of airflows in scramjet intakes has been conducted at the Subdivision of Computational Simulation (EAH-C) in order to studying such mechanisms and to help in the design of the 14-X hypersonic vehicle prototype. Initially, two-dimensional (2D) analyses for nominal and off-design conditions, such as speed, altitude and angle of attack, for the 14-XB configuration were performed, which is being presently extended to include vehicle and cowl blunt leading edge effects. Also, calculations have been initiated to study important three-dimensional (3D) effects in the intake airflow and the possibility of increasing flow compression with converging intake side walls.
Financing support: project number 560143/2010-9 (CNPq).
Associated Scientific Production
[1] Augusto F. Moura, Mauricio A. P. Rosa, “A Numerical Investigation of Air Intakes for the 14-X Airspace Hypersonic Vehicle's Scramjet Engine”. ECFD VI, Spain, (2014).
[2] Augusto F. Moura, “A COMPUTATIONAL STUDY OF THE AIRFLOW IN SCRAMJET INTAKES”, Dissertação (Mestrado em Ciências e Tecnologias Espaciais) – IEAv (2014). [3] João Vitor M. B. de Siqueira, Mauricio A. P. Rosa, " A numerical investigation of the 14-XB forebody leading edge bluntness effects on the external airflow of the scramjet intake", COBEM2015, Rio de Janeiro (2015) – to be published. [4] Jacqueline A. R. de Carvalho, Mauricio A. P. Rosa, "A numerical analysis of the effects of side wall compression in 3D scramjet intakes”, COBEM2015, Rio de Janeiro (2015) – to be published.
50
Escoamento Bifásico com Mudança de Fase Equipe: Francisco A. Braz Filho*,1, Guilherme B. Ribeiro1, Rafael E.
Borges2, Alexandre D. Cadeira1.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Faculdade de Tecnologia – FATEC. *[email protected]
Escoamento bifásico com mudança de fase é uma área de estudo muito importante para P&D em reatores nucleares. Em reatores refrigerados a água pressurizada (PWRs), como os de Angra e do submarino nuclear da Marinha, ocorre escoamento bifásico em regime de ebulição e condensação nos seus diversos componentes. Da mesma forma, para o projeto TERRA, em desenvolvimento na Divisão de Energia Nuclear do Instituto de Estudos Avançados (IEAv), é fundamental este tipo de estudo. No IEAv, existem várias ferramentas computacionais para
simular e calcular os parâmetros envolvidos neste fenômeno. Na linha de softwares em Dinâmica dos Fluidos Computacional, o IEAv tem o FLUENT. Outros programas computacionais importantes para o estudo de termo-hidráulica de reatores nucleares são o COBRA-IV-i e o RELAP5-3D. O IEAv também possui programas computacionais desenvolvidos pelos pesquisadores do Instituto, como o COTHA-2tp. No Brasil, existem poucos grupos de pesquisa atuando em escoamento bifásico com mudança de fase e pode-se dizer que o IEAv tem uma capacitação única nesta área.
Financiamento: CNPq
Produção Científica Associada
[1] F. A. Braz Filho, A. D. Caldeira and E. M. Borges, "Validation of a Multidimensional Computational Fluid Dynamics Model for Subcooled Flow Boiling Analysis", International Nuclear Atlantic Conference – INAC2011, Belo Horizonte (2011).
[2] F. A. Braz Filho, A. D. Caldeira and E. M. Borges, "A Sensitivity Analysis of the Mass Balance Equation Terms in Subcooled Flow Boiling", International Nuclear Atlantic Conference – INAC2013, Recife (2013).
[3] F. A. Braz Filho; A. D. Caldeira; E. M. Borges; and G. Sabundjian, "Verification and Validation of One Dimensional Models Used in Subcooled Flow Boiling Analysis", International Nuclear Atlantic Conference – INAC2009, Rio de Janeiro (2009).
[4] F. A. Braz Filho, E. M. Borges and A. D. Caldeira, “COTHA-2tp: A Code for Two-phase Flow Analysis of PWR Cores Using the Homogeneous Model”, International Nuclear Atlantic Conference – INAC 2007, Santos (2007).
Tipos de escoamento bifásico em canais (A - bolhas, B - bala, C - anular, e D - gotículas).
51
Two-phase Flow with Phase Change Staff: Francisco A. Braz Filho*,1, Guilherme B. Ribeiro1, Rafael E. Borges2,
Alexandre D. Cadeira1.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Faculdade de Tecnologia – FATEC. *[email protected]
Two-phase flow with phase change is a very important study area for R&D in nuclear reactors. In Pressurized Water Reactors (PWRs), such as Angra and Navy nuclear submarine, two-phase flow boiling and condensation occurs in several nuclear power plant components. Similarly, for the developing TERRA project in Nuclear Energy Division of the Institute for Advanced Studies (IEAv), this study is critical. In IEAv, there are several computational codes to simulate and calculate the parameters involved in this phenomenon. IEAv has FLUENT, a Computational Fluid Dynamics code. Other main
computational codes for the study of thermo-hydraulic nuclear reactors are COBRA-IV-i and RELAP5-3D. The IEAv also has computer codes developed by the researchers of the Institute, as Cotha-2tp. In Brazil, there are few research groups working in two-phase flow with phase change and it can be said that the IEAv has a unique training in this area.
Funding support: CNPq
Associate Scientific Production
[1] F. A. Braz Filho, A. D. Caldeira and E. M. Borges, "Validation of a Multidimensional Computational Fluid Dynamics Model for Subcooled Flow Boiling Analysis", International Nuclear Atlantic Conference – INAC2011, Belo Horizonte (2011).
[2] F. A. Braz Filho, A. D. Caldeira and E. M. Borges, "A Sensitivity Analysis of the Mass Balance Equation Terms in Subcooled Flow Boiling", International Nuclear Atlantic Conference – INAC2013, Recife (2013).
[3] F. A. Braz Filho; A. D. Caldeira; E. M. Borges; and G. Sabundjian, "Verification and Validation of One Dimensional Models Used in Subcooled Flow Boiling Analysis", International Nuclear Atlantic Conference – INAC2009, Rio de Janeiro (2009).
[4] F. A. Braz Filho, E. M. Borges and A. D. Caldeira, “COTHA-2tp: A Code for Two-phase Flow Analysis of PWR Cores Using the Homogeneous Model”, International Nuclear Atlantic Conference – INAC 2007, Santos (2007).
Two-phase flow in channels (A – bubbles, B – slug, C – annular, and D – droplets).
52
Primeiro Conceito de Núcleo para o Microrreator do Projeto TERRA
Equipe: Lamartine N. F. Guimarães1,2*, Jamil A. Nascimento1, Shizuca Ono1, Guilherme B. Ribeiro1, Francisco A. Braz Filho1, Marcos V. da
Rocha2.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2PG-CTE/ITA/IEAv/IAE. *[email protected]
O Projeto TERRA tem como objetivo geral desenvolver as tecnologias críticas para a geração de energia elétrica para emprego em ambientes de difícil acesso, tais como o espaço e regiões isoladas, utilizando fontes de potência nuclear e conversores termoelétricos de alta eficiência e confiabilidade. Entre outros itens necessita-se de elemento combustível para o núcleo e um sistema de conversão de energia térmica em elétrica (ciclo Brayton). A figura acima apresenta um corte radial do primeiro conceito de núcleo desenvolvido para fornecer calor para o microrreator do projeto TERRA. Os pontos amarelos são
tubos de calor (feitos de Mo13Re) que conduzem o calor do núcleo para o ciclo Brayton gerar energia elétrica. Na região vermelha fica o combustível nuclear na forma de microesferas de nitreto de urânio distribuídas em chumbo líquido. Os quais estão contidos em recipientes hexagonais, cujas paredes são feitas de Mo13Re. No hexágono, a distância entre paredes é de 12 cm e a largura de três hexágonos é de 36 cm. A altura do recipiente é de 37 cm. Os círculos azuis são os latões de controle. O arco marrom é um material refletor de nêutrons. O latão gira em torno do seu eixo permitindo que nêutrons escapem, controlando-se a população neutrônica e a potência. Este conceito ainda é bruto e precisa de refinamentos, apesar de que muito cálculo neutrônico foi realizado até chegar a ele.
Financiamento: recursos orçamentários do COMAer e CNPq.
Produção Científica Associada
[1] Jamil A. Nascimento, Lamartine N.F. Guimarães, Shizuca Ono, "Fuel, Structural Material and Coolant for an Advanced Fast Micro-Reactor," JBIS. Journal of the British Interplanetary Society. v.67, 381 - 389, (2014).
Corte radial do núcleo conceitual do microrreator proposto para ser usado no espaço.
53
First Concept for the TERRA Project Microrreactor Nuclear Core
Staff: Lamartine N. F. Guimarães1,2*, Jamil A. Nascimento1, Shizuca Ono1, Guilherme B. Ribeiro1, Francisco A. Braz Filho1, Marcos V. da Rocha2.
1Institute for Advanced Studies – IEAv; 2PG-CTE/ITA/IEAv/IAE. *[email protected]
The TERRA Project has as a general objective, the development of critical technologies to generate electric energy to be used in difficult access environments, such as space and isolated regions, by means of nuclear power and high efficiency and reliable thermoelectric convertors. Items such as, among other things, a nuclear fuel element for a core and a thermoelectric converter based on a Brayton cycle are desired. A general description of the first nuclear fuel element and reactor core developed. The above figure presents that concept, where the yellow dots
represents high temperature heat pipes (made of Mo13Re) that conducts the nuclear heat to Brayton cycle for electric generation. The red region is nuclear fuel, which consists of uranium nitride microspheres distributed in a lead medium. This mixture is set inside hexagonal canisters, which walls are made of Mo13Re. The canister wall to wall distance is 12 cm, three hexagonal canisters are 36 cm wide, and its height is 37 cm. The blue circles are control barrels. The brown arch is a neutron reflector material. The barrel rotates around its axis, controlling the neutron population and the power, by allowing them to leak out of the system. This is steal a rough neutronic concept, but a lot of calculation and imagination effort was put into it. This concept requires refining and that means a new round of calculations.
Funding support: COMAer and CNPq.
Associated Scientific Production
[1] Jamil A. Nascimento, Lamartine N.F. Guimarães, Shizuca Ono, "Fuel, Structural Material and Coolant for an Advanced Fast Micro-Reactor," JBIS. Journal of the British Interplanetary Society. v.67, 381 - 389, (2014).
Radial cut of the core concept proposed for the space nuclear microreactor.
54
Lançador Hipersônico de Massa Equipe: Marcos M. Borges1,*, Antonio C. Oliveira1,2, Renan M. Abreu3, Oseas D. Abreu1, Marco A. S. Minucci4, Paulo G. P. Toro1, Alberto M.
Santos1.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA; 3Universidade Paulista – UNIP; 4Complexo Aeroespacial de Minas
Gerais. *[email protected]
O Lançador Hipersônico de Massa (LHM) é um dispositivo essencial para pesquisas em escoamentos hipersônicos. Este dispositivo tem inúmeras aplicações, tais como: determinar as propriedades de escoamentos hipersônicos, estudo de combustão subsônica (ramjet) e supersônica (scramjet), estudo das características aerodinâmicas de veículos hipersônicos, estudo de impacto de corpos movimentando-se a velocidades hipersônicas, estudo de lançador balístico com pistão móvel, capacidade de impelir cargas úteis a partir da superfície terrestre sem que estas tenham que ser acopladas a cargas propelente, entre outras. As pesquisas no IEAv com o LHM começaram no final dos anos 90 e inúmeras melhorias e inovações vem sendo incorporadas ao
dispositivo. As atividades atuais estão focadas em um sistema que permite o controle do preenchimento do dispositivo com os propelentes nas proporções desejáveis, na incorporação da técnica de espectroscopia de massa para a análise dos reagentes e dos produtos da combustão supersônica e, também, em fase de caracterização, a incorporação de uma eletroválvula desenvolvida para coleta dos produtos da combustão. O LHM do IEAv é capaz de atingir velocidades de lançamento próximas a 3.000 m/s, utilizando um projétil de alumínio de 47 mm de diâmetro e massa de 160g.
Produção Científica Associada
[1] Marcos M. Borges, "Estudo experimental da obtenção de velocidades hipersônicas no Lançador Hipersônico de Massa utilizando uma mistura gasosa composta por metano, oxigênio e nitrogênio," Doutorado em andamento, ITA, São José dos Campos.
[2] Marcos M. Borges, "Estudo Experimental do Lançador Hipersônico de Massa," Dissertação de Mestrado, INPE, São José dos Campos, 2009.
Lançador Hipersônico de Massa.
55
Hypersonic Mass Launcher Staff: Marcos M. Borges1,*, Antonio C. Oliveira1,2, Renan M. Abreu3, Oseas D. Abreu1, Marco A. S. Minucci4, Paulo G. P. Toro1,2, Alberto M. Santos1.
1Institute for Advanced Studies – IEAv; 2Aeronautics Institute of Technology – ITA; 3University of Paulista – UNIP; 4Aeroespace Complex of Minas Gerais.
The Hypersonic Mass Launcher (HML) is an essential device for research in hypersonic flows. This device has several applications, such as: determine the properties of hypersonic flows, study of subsonic combustion (ramjet) and supersonic (scramjet), aerodynamic characteristics of the hypersonic vehicles, study the impact of bodies moving at hypersonic speeds, study of ballistic launcher with movable piston, ability to propel payloads from the Earth's surface without coupling to propellant charges, and others. Research in IEAv with HML began in the late 90s and numerous improvements and innovations have been added to the device. The current activities are focused on a system that allows the device to complete control with
thrusters in desirable proportions. The incorporation of mass spectrometry technique on the analysis of the reagents and products of the supersonic combustion and, also, in phase characterization is effected together with, the incorporation of an electronic valve developed for collecting the products of combustion. The HML is able to reach speeds of launch about 3,000 m/s using an aluminum projectile of 47 mm diameter and 160 g mass.
Associated Scientific Production
[1] Marcos M. Borges, "Experimental study of obtaining hypersonic speeds at Hypersonic Mass Launcher using a gas mixture consisting of methane, oxygen and nitrogen," Doctorate in progress, ITA, São José dos Campos.
[2] Marcos M. Borges, "Experimental study of the Hypersonic Mass Launcher," Master's thesis, INPE, São José dos Campos, 2009.
Hypersonic Mass Launcher.
56
Estudo numérico de adição de energia a escoamentos de altas velocidades
Equipe: André C. Fraile Jr.*, Mauricio A. P. Rosa.
Instituto de Estudos Avançados – IEAv. *[email protected]
A adição de energia a escoamentos de altas velocidades tem sido considerada em aplicações como redução de arrasto de onda, melhoria do desempenho de motores scramjet e controle de atitude de veículos de altas velocidades. Este conjunto de aplicações motivou a Subdivisão de Simulação Computacional (EAH-C) a realizar análises a respeito dos efeitos da
adição contínua e localizada de energia a escoamentos uniformes e também sua influência na redução de arrasto de corpos rombudos. Recentemente, a adição de energia na forma pulsada a escoamentos uniformes foi estudada. Os resultados mostraram que ondas de compressão são geradas do centro da fonte de energia e elas se propagam no mesmo sentido do escoamento. O acréscimo da taxa de deposição de energia ou da duração dos pulsos tem como efeito pronunciar mudanças no escoamento tais como aumento da temperatura e diminuição da densidade ao longo do eixo de simetria da fonte. Também foi possível verificar que, ao se manter constante a duração dos pulsos e diminuir o intervalo entre eles, as propriedades do escoamento tornam-se mais próximas daquelas referentes a um escoamento com adição de energia na forma contínua. Análises numéricas a respeito de redução de arrasto estão sendo realizadas considerando a interação entre as ondas de compressão geradas por pulsos de energia e a onda de choque de corpos rombudos.
Produção Científica Associada
[1] André C. Fraile Jr.,Mauricio A. P. Rosa, "23rd ABCM International Congress of Mechanical Engineering" Rio de Janeiro (2015) – aguardando publicação.
x/l
y/l
-3 0 3 6 9 120
3
6
6.00
4.79
3.58
2.37
1.16
p/p
(a)
8
Efeito da adição de múltiplos pulsos de energia no campo de pressão de um escoamento inicialmente com número de Mach 4.
57
Numerical study of energy addition to high speed airflows
Staff: André C. Fraile Jr.*, Mauricio A. P. Rosa.
Institute for Advanced Studies – IEAv. *[email protected]
Energy addition to high speed airflows has been considered in applications such as wave drag reduction, improvement of scramjet performance and attitude control of high speed vehicles. This series of applications has motivated the Subdivision of Computational Simulation (EAH-C) to perform analyses concerning the effects of steady localized energy addition to uniform airflows and also its
influence on wave drag reduction of blunt bodies. Recently, pulsed energy addition to uniform airflows has been studied. Results have shown that compression waves are generated from the energy source center and they propagate in the direction of the airflow. Increasing the energy deposition rate or the pulses duration has the effect of pronouncing flow changes such as the temperature increase and density decrease along the source symmetry axis. It was also possible to verify that, keeping the pulses duration constant while the time interval between them is decreased, the airflow properties become closer to the ones related to steady energy deposition. Numerical analyses of the effects of pulsed energy addition on wave drag reduction are being performed considering the interaction between the compression waves generated by energy pulses and the wave shock around a blunt body.
Associated Scientific Production
[1] André C. Fraile Jr., Mauricio A. P. Rosa, "23rd ABCM International Congress of Mechanical Engineering" Rio de Janeiro (2015) – to be published.
x/l
y/l
-3 0 3 6 9 120
3
6
6.00
4.79
3.58
2.37
1.16
p/p
(a)
8
Effect of multiple pulse energy addition on pressure field for uniform airflow (Mach number 4).
58
Desenvolvimento de Sensores de Infravermelho a Poços Quânticos
Equipe: Gustavo S. Vieira1,*, Angelo Passaro1, Roberto Y. Tanaka1, Nancy M. Abe1, Ruy M. Castro1, Cristian A. Delfino2, Reviane C. Lopes1, Tiago G.
Santos1, Rosana Balena1.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Delfino & Chamas Desenvolvimento em Ciências Físicas e Naturais Ltda.
Os sensores de infravermelho a poços quânticos, QWIPs, foram demonstrados experimentalmente em 1987 e passaram a ser comercializados como matrizes de sensores de grande formato a partir do início deste século. Devido a sua alta uniformidade de resposta (atualmente a melhor), relativo baixo custo, facilidade de geração de dispositivos multiespectrais e alta sensibilidade, tornou-se a principal tecnologia a competir com os sensores de telureto de cádmio e mercúrio. São as matrizes de sensores de infravermelho que atualmente permitem a melhor resolução térmica nas imagens geradas. O IEAv participa
do desenvolvimento da capacidade de fabricação desse tipo de dispositivo em parceria com instituições de ensino e pesquisa do Brasil, que estão reunidas no Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nanodispositivos Semicondutores, DISSE. O IEAv participa com o projeto das camadas epitaxiais a serem crescidas, o projeto e apoio à execução da sequência de processos físico-químicos pós crescimento dos cristais, que gerarão os dispositivos, e com as caracterizações elétricas e eletro-ópticas dos dispositivos gerados.
Financiamento: FINEP, CNPq, CAPES, FAPESP, AEB.
Produção Científica Associada
[1] Tiago G. Santos, Marcela F. Mendonça, Reviane C. Lopes, Cristian A. Delfino, Gustavo S. Vieira "29th Symposium on Microelectronics Technology and Devices", Aracaju (2014).
[2] Cristian A. Delfino, Marcela F. Mendonça, Gustavo S. Vieira, Angelo Passaro " XVI Simpósio de Aplicações Operacionais em Áreas de Defesa", São José dos Campos (2014).
Sistema de caracterização elétrica de dispositivos semicondutores não encapsulados, com controle de temperatura de ambiente até 10 K.
59
Development of QWIP Technology Staff: Gustavo S. Vieira1,*, Angelo Passaro1, Roberto Y. Tanaka1, Nancy M.
Abe1, Ruy M. Castro1, Cristian A. Delfino2, Reviane C. Lopes1, Tiago G. Santos1, Rosana Balena1.
1Institute for Advanced Studies – IEAv; 2Delfino & Chamas Desenvolvimento em Ciências Físicas e Naturais Ltda.
The quantum well infrared photodetectors, QWIPs, were first demonstrated in 1987 and focal plane arrays, FPAs, of large format made of such devices started to be commercialized at the beginning of the present century. Due to its high response uniformity (the best nowadays), relative low cost, multispectral capability, and reasonable high sensitivity, it has become the main competitor to the mercury cadmium tellurite infrared photodetectors. Image systems using QWIP FPAs give the best thermal resolution reported to the present date. The IEAv participates on the development of QWIP technology in
partnership with some Brazilian universities and research institutes in a pool called National Institute for Science and Technology in Semiconductor Nanodevices, DISSE. In this pool, the IEAv participates with the project of epitaxial layers to be grown, with the project of processing steps, supporting the execution of processing steps, and testing electrically and optically the devices generated.
Funding support: FINEP, CNPq, CAPES, FAPESP, AEB.
Associated Scientific Production
[1] Tiago G. Santos, Marcela F. Mendonça, Reviane C. Lopes, Cristian A. Delfino, Gustavo S. Vieira "29th Symposium on Microelectronics Technology and Devices", Aracaju (2014).
[2] Cristian A. Delfino, Marcela F. Mendonça, Gustavo S. Vieira, Angelo Passaro " XVI Simpósio de Aplicações Operacionais em Áreas de Defesa", São José dos Campos (2014).
Cryogenic probe station and electronic apparatus for electrical characterization of semiconductor devices.
60
Desenvolvimento de Fotodiodos de InGaAs para Detecção de Infravermelho no SWIR
Equipe: Gustavo S. Vieira1,*, Angelo Passaro1, Roberto Y. Tanaka1, Nancy M. Abe1, Ruy M. Castro1, Cristian A. Delfino2, Reviane C. Lopes1, Tiago G.
Santos1, Rosana Balena1.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Delfino & Chamas Desenvolvimento em Ciências Físicas e Naturais Ltda.
Os fotodiodos de InGaAs foram inicialmente desenvolvidos (década de 80) para aplicações em telecomunicações por fibra óptica. Até o final do último século, eles eram utilizados basicamente para esse fim e em experimentos científicos. Com o aparecimento de matrizes lineares e bidimensionais de grande formato no início do presente século, esses sensores ganharam importância em aplicações como: visão noturna, monitoramento ambiental, vigilância terrestre e marítima, monitoramento e controle de processos industriais, sistemas de armas inteligentes, melhoria de visibilidade
para pilotos e motoristas, dentre outras. Trata-se de detectores de alta sensibilidade e baixíssima corrente de escuro, mesmo a temperatura ambiente, o que facilita sua utilização. O IEAv participa do desenvolvimento da capacidade de fabricação desse tipo de dispositivo como integrante do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nanodispositivos Semicondutores, DISSE. Ao IEAv cabe o projeto das camadas epitaxiais a serem crescidas, o projeto e apoio à execução da sequência de processos físico-químicos pós crescimento dos cristais, que gerarão os dispositivos, e as caracterizações elétricas e eletro-ópticas dos dispositivos gerados.
Financiamento: FINEP, CNPq, CAPES, FAPESP, AEB.
Produção Científica Associada
[1] Tiago G. Santos, Marcela F. Mendonça, Reviane C. Lopes, Cristian A. Delfino, Gustavo S. Vieira "29th Symposium on Microelectronics Technology and Devices", Aracaju (2014).
[2] Cristian A. Delfino, Marcela F. Mendonça, Gustavo S. Vieira, Angelo Passaro " XVI Simpósio de Aplicações Operacionais em Áreas de Defesa", São José dos Campos (2014).
Sistema de medida de responsividade integral de sensores de infravermelho.
61
Development of InGaAs Photodiods for SWIR Applications
Staff: Gustavo S. Vieira1,*, Angelo Passaro1, Roberto Y. Tanaka1, Nancy M. Abe1, Ruy M. Castro1, Cristian A. Delfino2, Reviane C. Lopes1, Tiago G.
Santos1, Rosana Balena1.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Delfino & Chamas Desenvolvimento em Ciências Físicas e Naturais Ltda.
The InGaAs photodiodes were developed at the beginning of 80s for optical communications. Until the end of last century, it was mostly used for optical communications and scientific applications. With the commercial availability of large format FPAs at the beginning of present century, it started to be used to many other applications such as: night vision, environmental monitoring, terrestrial and marine surveillance, machine vision, weapon systems, enhanced vision systems for planes and car, among others. They are detectors of
high sensibility and very low dark current, even at room temperature, what facilitates its applicability. The IEAv participate on the development of InGaAs photodiode technology in partnership with some Brazilian universities and research institutes in a pool called National Institute for Science and Technology in Semiconductor Nanodevices, DISSE. In this pool, the IEAv participates with the project of epitaxial layers to be grown, with the project of processing steps, supporting the execution of processing steps, and testing electrically and optically the devices generated.
Funding support: FINEP, CNPq, CAPES, FAPESP, AEB.
Associated Scientific Production
[1] Tiago G. Santos, Marcela F. Mendonça, Reviane C. Lopes, Cristian A. Delfino, Gustavo S. Vieira "29th Symposium on Microelectronics Technology and Devices", Aracaju (2014).
[2] Cristian A. Delfino, Marcela F. Mendonça, Gustavo S. Vieira, Angelo Passaro " XVI Simpósio de Aplicações Operacionais em Áreas de Defesa", São José dos Campos (2014).
System for blackbody responsivity measurements
62
Pouso Autônomo de um VANT VTOL Através de Visão Computacional
Equipe: Felipe L. L. Medeiros1,*, Vitor C. F. Gomes1, Márcia R. C. Aquino1, Diego Geraldo1, Marcos E. L. Honorato2, Luiz H. M. Dias2, Narjhara G.
Lacerda2.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Universidade Federal de São Paulo - UNIFESP.
O pouso autônomo de VANTs do tipo Vertical Takeoff and Landing (VTOL) em helipontos consiste em um problema complexo devido à existência de um erro significativo (ep) entre a posição real de um heliponto (phr) e a posição do heliponto estimada (phe) pelo sistema de navegação do VANT, quando este sistema é baseado na fusão GPS/INS. Visando à solução deste problema, foi desenvolvido um sistema de visão computacional com as seguintes funcionalidades: a detecção automática de um heliponto em imagens obtidas com visada nadir; a estimação da altura, azimute e distância do VANT em relação ao heliponto detectado; e o cálculo de comandos para a correção da posição do VANT sobre o heliponto. Para o envio destes comandos para o piloto automático, foi desenvolvido um módulo de comunicação que utiliza o protocolo MAVLink. Este módulo permitiu a validação do sistema através de experimentos com um simulador de VANT VTOL.
Financiamento: CNPq/PIBIC
Produção Científica Associada
[1] Narjhara G. Lacerda, Diego Geraldo, Luiz H. M. Dias, Márcia R. C. Aquino, Marcos E. L. Honorato, Vitor C. F. Gomes, Felipe L. L. Medeiros, Quenaz C. Eller, “Processamento de Imagens para Reconhecimento Automático de Helipontos,” Simpósio de Ciência e Tecnologia do Instituto de Estudos Avançados (SCTI), São José dos Campos (2015). Aceito para publicação.
[2] Luiz H. M. Dias, Márcia R. C. Aquino, Marcos E. L. Honorato, Diego Geraldo, Vitor C. F. Gomes, Felipe L. L. Medeiros, “Uso de Protocolo de Comunicação de Piloto Automático para Guiamento de VANT do Tipo VTOL,” Simpósio de Ciência e Tecnologia do Instituto de Estudos Avançados (SCTI), São José dos Campos (2015). Aceito para publicação.
Pouso autônomo de VANT VTOL através de visão computacional.
63
Autonomous Landing of a VTOL UAV Through Computer Vision
Staff: Felipe L. L. Medeiros1,*, Vitor C. F. Gomes1, Márcia R. C. Aquino1, Diego Geraldo1, Marcos E. L. Honorato2, Luiz H. M. Dias2, Narjhara G.
Lacerda2.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Universidade Federal de São Paulo - UNIFESP.
Autonomous landing of UAVs of the type Vertical Takeoff and Landing (VTOL) in helipads is a complex problem due to the existence of a significant error (ep) between the helipad’s real position (phr) and the helipad’s position estimated (phe) by the UAV navigation system, when this system is based on the fusion GPS/INS. Aiming to solve this problem, a computer vision system was developed with the following features: the automatic detection of helipads in images obtained with nadir sight; the estimation of the UAV’s height, azimuth, and distance regarding to the detected helipad; the calculation of commands to correction of the UAV’s position over the helipad. A communication module that uses the MAVLink protocol was developed to send these commands for the UAV’s autopilot and for monitoring some UAV’s flight parameters. This communication module allowed the system validation through experiments with a simulator. In the next step, these modules will be embedded in a VTOL UAV.
Funding agency: CNPq/PIBIC
Associated Scientific Production
[1] N. G. Lacerda, D. Geraldo, L. H. M. Dias, M. R. C. Aquino, M. E. L. Honorato, V. C. F. Gomes, F. L. L. Medeiros, Q. C. Eller, “Processamento de Imagens para Reconhecimento Automático de Helipontos,” Anais do Simpósio de Ciência e Tecnologia do Instituto de Estudos Avançados, (2015). Accepted for publication.
[2] L. H. M. Dias, M. R. C. Aquino, M. E. L. Honorato, D. Geraldo, V. C. F. Gomes, F. L. L. Medeiros, “Uso de Protocolo de Comunicação de Piloto Automático para Guiamento de VANT do Tipo VTOL,” Anais do Simpósio de Ciência e Tecnologia do Instituto de Estudos Avançados, (2015). Accepted for publication.
Autonomous Landing of VTOL UAV Through Computer Vision.
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Química teórica: estruturas moleculares e dinâmica química
Equipe: Orlando Roberto-Neto*
Instituto de Estudos Avançados,Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica – IEAv
Esta atividade de pesquisa envolve o uso de métodos de química quântica computacional em três linhas de trabalho que consistem: a) na determinação de propriedades eletrônicas e estruturas de moléculas e de agregados metálicos; b) cálculos de superfícies de energia potencial e de propriedades espectroscópicas de moléculas diatômicas; e c) a determinação de mecanismos reacionais e a construção de superfícies de energia potencial para cálculos de constantes de
velocidade em função da temperatura, assim como a determinação de grandezas termoquímicas, como a entalpia de reação. Essas atividades estão voltadas para o desenvolvimento de novos materiais e ao estudo de reações de combustão, principalmente envolvendo materiais energéticos com aplicações no setor aeroespacial. Temos colaboração com Prof. Dr. F. B. C. Machado do Departamento de Química do ITA na orientação de alunos de Iniciação Científica e de Pós-Graduação. No ano de 2014, publicamos 3 trabalhos em revistas indexadas, sendo que uma amostra representativa de nossa produção está abaixo. Temos atividades acadêmicas envolvendo orientações de Iniciação Científica (2 alunos atualmente) 1 co-orientação de doutorado, assim como participado de congressos nacionais e internacionais (WATOC 2014, Santiago do Chile) e de bancas de defesa.
Financiamento: ( Projeto Universal CNPq no 480119/2012-0)
Produção Científica Associada
[1] Rene F. K. Spada, Luiz F. A. Ferrão, Roberta J. Rocha, Iha, Koshun, Fritz Rocco, Orlando Roberto-Neto, Hans Lischka, Francisco F. B. Machado, J. Phys. Chem. A 119, 1628-1635 (2015).
[2] Marcelo A. P. Pontes, Joaquim D. D. Motta-Neto, Luiz F. A. Ferrão, Orlando Roberto-Neto, Francisco B. C. Machado, Chem. Phys. Lett. 601, 26-32 (2014).
[3] Tiago V. Alves, Marcel M. Alves, Orlando Roberto-Neto, Fernando R. Ornellas, Phys. Lett. 591, 103-108 (2014).
Estruturas e esquema reacional para as reações de abstração de hidrogênio entre a hidrazina e o oxigênio atômico (N2H4 + O
3P)
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Theoretical Chemistry: molecular structures and chemical dynamics
Staff: Orlando Roberto-Neto*
Instituto de Estudos Avançados, Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica – IEAv
This research activity involves the use of quantum chemistry computational methods in three lines of activities, which are: a) determining the electronic properties of molecules, aggregates and metallic structures; b) potential energy surface calculations and spectroscopic properties of diatomic molecules; c) determination of reaction mechanisms and the construction of potential energy surfaces of rate constants calculations in function of temperature, as well as the
determination of thermo chemical quantities such as the reaction enthalpy. These activities are focused on the development of new materials and the study of combustion reactions, mainly involving energetic materials with applications in the aerospace sector. We have collaboration with Prof. Dr. F. B. C. Machado, Department of Chemistry of ITA on the supervision of students of Scientific Initiation and Post-Graduation. In the year of 2014, we published three papers in refereed journals and a representative sample of our production is listed below. We have academic activities involving scientific initiation (2 students currently), one co-supervision of a doctoral student, as well as participation in national and international conferences (WATOC 2014, Santiago de Chile) and defense stalls.
Funding support: (Universal Project CNPq no 480119/2012-0)
Associated Scientific Production
[1] Rene F. K. Spada, Luiz F. A. Ferrão, Roberta J. Rocha, Iha, Koshun, Fritz Rocco, Orlando Roberto-Neto, Hans Lischka, Francisco F. B. Machado, J. Phys. Chem. A 119, 1628-1635 (2015).
[2] Marcelo A. P. Pontes, Joaquim D. D. Motta-Neto, Luiz F. A. Ferrão, Orlando Roberto-Neto, Francisco B. C. Machado, Chem. Phys. Lett. 601, 26-32 (2014).
[3] Tiago V. Alves, Marcel M. Alves, Orlando Roberto-Neto, Fernando R. Ornellas, Phys. Lett. 591, 103-108 (2014).
Structures and reactional diagram of
hydrogen abstraction reactions involving hydrazine and the atomic
oxygen (N2H4 + O 3P)
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Otimização de um Ciclo Brayton Fechado Equipe: Guilherme B. Ribeiro*, Francisco A. Braz Filho, Lamartine N. F.
Guimarães.
Instituto de Estudos Avançados – IEAv *[email protected]
Para sistemas de potência de propulsão nuclear, tamanho e massa são fatores essenciais que devem ser minimizados durante os processos de concepção do projeto. Considerando este aspecto, esta atividade do projeto TERRA visa o desenvolvimento de um modelo voltado ao projeto de um ciclo Brayton fechado regenerativo que aplica a condutância térmica de seus principais componentes para predizer o desempenho final e as irreversibilidades termodinâmicas do ciclo, permitindo seu uso como ferramenta preliminar para o dimensionamento dos trocadores de calor e do radiador. Ainda, uma otimização tem sido considerada, permitindo o bom equilíbrio entre o tamanho e eficiência do ciclo de conversão. Uma mistura de Hélio/Xenônio com peso molecular de 40g/mol tem sido avaliada nesse campo de
pesquisa, usando o clássico comportamento de gases ideais. Tem sido visto que para cada massa total dos trocadores de calor (representada pela condutância térmica total), há uma eficiência máxima do sistema. Logo, uma otimização da eficiência pode ser efetuada, mudando a proporção de cada trocador de calor no volume total para que se alcance a eficiência requerida. Da mesma forma, a otimização do tamanho consiste em se obter o menor volume possível de trocadores, enquanto se mantém a mesma eficiência, através da redistribuição dos volumes dos trocadores de calor.
Financiamento: DCTA
Produção Científica Associada
[1] G. B. Ribeiro, F. A. Braz Filho, L. N. F. Guimarães, “Thermodynamic Analysis and Optimization of a Closed Regenerative Brayton Cycle for Nuclear Space Power Systems”, Applied Thermal Engineering, Em editoração (2015).
[2] G. B. Ribeiro, L. N. F. Guimarães, F. A. Braz Filho, Heat Exchanger Optimization of a Closed Brayton Cycle for Nuclear Propulsion, “Submetido à International Nuclear Atlantic Conference – INAC2015”, São Paulo (2015).
Sistema de conversão de
energia proposto.
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Optimization of a Closed Brayton Cycle Staff: Guilherme B. Ribeiro*, Francisco A. Braz Filho, Lamartine N. F.
Guimarães.
Institute for Advanced Studies – IEAv *[email protected]
For propulsion nuclear power systems, size and mass are essential drivers that should be minimized during design conception processes. Considering this aspect, this activity of TERRA project aims the development of a design-based model of a Closed Regenerative Brayton Cycle that applies the thermal conductance of the main components in order to predict the final performance and the cyle thermodynamic irreversibilities, allowing its use as a preliminary tool for heat exchanger and radiator panel sizing. Furthermore, an optimization approach has been considered, allowing the match between nuclear power system size and energy conversion efficiency. A mixture of Helium/Xenon with molecular weight of 40g/mole has been evaluated as working fluid for this research field, using the classic ideal-gas thermodynamic behavior. It has
been seen that for each total heat exchangers mass (represented by the total thermal conductance), there is a maximum system efficiency. Thus, an efficiency optimization can be performed, changing each heat exchanger proportion on the final volume in order to accomplish the optimized efficiency. By the same token, the size optimization consists in achieving the lowest total heat exchanger volume, while keeping the same system efficiency, by redistributing heat exchangers volume.
Funding support: DCTA
Associated Scientific Production
[1] G. B. Ribeiro, F. A. Braz Filho, L. N. F. Guimarães, “Thermodynamic Analysis and Optimization of a Closed Regenerative Brayton Cycle for Nuclear Space Power Systems”, Applied Thermal Engineering, In press (2015).
[2] G. B. Ribeiro, L. N. F. Guimarães, F. A. Braz Filho, Heat Exchanger Optimization of a Closed Brayton Cycle for Nuclear Propulsion, “Submitted to International Nuclear Atlantic Conference – INAC2015”, São Paulo (2015).
Proposed energy conversion
system.
68
Bancada Piloto para Testes de Combustores Supersônicos
Equipe: Kalvin M. B. Brandão*, Valeria S. F. O. Leite, Dermeval Carinhana Jr.
Instituto de Estudos Avançados – IEAv. *[email protected]
O Instituto de Estudos Avançados (IEAv/DCTA) está desenvolvendo o 14-X, um veículo hipersônico nacional, que utilizará como sistema de propulsão o estato-reator de combustão supersônica do tipo scramjet (supersonic combustion ramjet). O estudo da combustão supersônica em solo é realizado por meio de dispositivos como túneis de choque e bancada de testes para combustores
supersônicos constituídos basicamente de um gerador de ar viciado (GAV) e um bocal convergente-divergente. Enquanto que nos túneis o veículo de teste é submetido a escoamentos em velocidades hipersônicas capazes de simular o voo atmosférico, na bancada são reproduzidas as condições de temperatura e velocidade do escoamento na admissão do motor scramjet. Nesse contexto, o projeto em desenvolvimento visa montar uma bancada piloto para gerar as condições de escoamento na entrada do combustor supersônico baseada em parâmetros experimentais estabelecidos em investigações teóricas e experimentais realizadas em trabalhos anteriores envolvendo o 14-X. A câmara de combustão tem por finalidade criar por meio da combustão entre GNV (combustível) e ar (oxidante) a temperatura de estagnação na entrada do bocal, o qual será expandido pelo mesmo até atingir a temperatura desejada na saída da bancada. O bocal tem a função de acelerar o escoamento em estagnação na câmara de combustão à velocidade almejada. As condições de saída produzidas serão caracterizadas por meio de técnicas de diagnósticos não-intrusivas, como a espectroscopia de emissão para medir a temperatura e o imageamento Schlieren para determinar a velocidade.
Produção Científica Associada
[1] Kalvin M. B. Brandão, "Montagem e Caracterização de Bancada Piloto para Testes de Combustores Supersônicos", dissertação de mestrado, Programa de Pós-Graduação em Ciências e Tecnologias Espaciais (PG-CTE) – em andamento.
Desenho esquemático da bancada de testes de combustores supersônicos
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Pilot Working Bench for Testing of Supersonic Combustors
Staff: Kalvin M. B. Brandão*, Valeria S. F. O. Leite, Dermeval Carinhana Jr.
Institute for Advanced Studies – IEAv. *[email protected]
The Institute for Advanced Studies (IEAV/DCTA) is developing the 14-X, a national hypersonic vehicle, which will utilize scramjet engine (supersonic combustion ramjet) as a propulsion system. The study of supersonic combustion on the ground is performed by devices like shock tunnels and working benches for supersonic
combustors, basically built by a vitiated air generator and a convergent-divergent nozzle. While in tunnels, the vehicle is submitted in a hypersonic flow capable to simulate the atmospheric flight, on the working benches are reproduced the temperatures and speed conditions in admission of scramjet engine. On this context, the project in progress aims to assembly a pilot working bench based on experimental parameters established in theoretical investigation and experiments carried out in previous works involving the 14-X. The combustion chamber provides the stagnation temperature by combustion between Natural Gas Vehicle (fuel) and Air (oxidant) at the entrance of nozzle, which will expand the flow until reach the desired temperature at the exit of working bench. The nozzle has the function to accelerate the stagnation flow in combustion chamber to the desired velocity. The flow produced will be characterized by no-intrusive diagnostics techniques, as emission spectroscopy to measure temperature and imaging Schlieren for determine the velocity.
Associated Scientific Production
[1] Kalvin M. B. Brandão, "Assembly and Characterization of Pilot Working Bench for Testing of Supersonic Combustors", master’s thesis, Graduate Program of Science and Space Technology (PG-CTE) – in progress.
Schematic drawing of the supersonic combustion test facility
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Simulação de espectros de moléculas diatômicas para determinação de
temperatura Equipe: Ana Paula Lasmar Guimarães1,2,*, Nancy Mieko Abe2, Angelo
Passaro1,2, Dermeval Carinhana Jr.1,2.
1Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA; 2Instituto de Estudos Avançados – IEAv.
A determinação de temperatura em sistemas de combustão pode ser feita pela análise espectral da radiação emitida pelo sistema, sendo a espectroscopia de emissão natural um método não intrusivo de diagnóstico. Métodos não intrusivos são importantes em túneis de choque hipersônicos, pois não perturbam o escoamento e assim não alteram suas características intrínsecas. O objetivo do trabalho consiste na consolidação do programa computacional para determinação de temperatura em
escoamentos, determinando a temperatura rotacional do radical C2* através da
espectroscopia de emissão natural. Para o desenvolvimento de ferramenta computacional, a fim de analisar os espectros obtidos nos túneis hipersônicos, primeiramente são realizadas pesquisas em chamas, que simulam a combustão no motor de veículos hipersônicos. Tais chamas são alimentadas pelo GLP (Gás Liquefeito de Petróleo), e em sua combustão são formados radicais como o CH*, OH* e C2
*. Os espectros experimentais são analisados por um programa computacional, desenvolvido no próprio Instituto (IEAv), que possui a capacidade de ajustar as curvas teóricas a fim de que fique semelhante às experimentais, e assim, conhecer os parâmetros das curvas experimentais. O ajuste dos espectros é feito com base do parâmetro chi-quadrado, que corresponde ao valor do quadrado da diferença entre os espectros teórico e experimental. Atualmente, está sendo desenvolvido um programa que incorpora ruídos aleatórios a espectros teóricos para a validação do programa computacional já utilizado.
Produção Científica Associada
[1] Ana Paula Lasmar Guimarães. Projeto de Doutorado “Desenvolvimento de ferramenta computacional para simulação de espectros de moléculas diatômicas”, programa de Pós-Graduação em Ciências e Tecnologias Espaciais, ITA – em andamento.
Saída do programa computacional com os espectros teórico e experimental sobrepostos.
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Simulation spectra of diatomic molecules for temperature determination
Staff: Ana Paula Lasmar Guimarães1,2,*, Nancy Mieko Abe2, Angelo Passaro1,2, Dermeval Carinhana Jr.1,2.
1Aeronautics Institute of Technology – ITA; 2 Institute for Advanced Studies – IEAv
The temperature determination in combustion systems can be done by spectral analysis of the radiation emitted by the system and the natural emission spectroscopy is a non-intrusive diagnostic method. Non-intrusive methods are important in hypersonic shock tunnel because it does not disturb the flow and thus do not alter its intrinsic characteristics. The objective is to consolidate the computer program for determining temperature flows, determining the rotational temperature of the C2
* radical by spectroscopy natural. For the development of computational tools in order to analyze the spectra obtained in hypersonic tunnels, first are done research in flames, which simulate the combustion in the engine hypersonic vehicles. Such flames are fed by LPG (Liquefied Petroleum Gas), and its combustion are formed radicals such as CH*, OH* and C2
*. The experimental spectra are analyzed by a computational program developed in our Institute (IEAv), which has the ability to adjust the theoretical curves with the experimental curves, and thus to know the parameters of the experimental curves. The adjustment of the spectra is based on chi-square parameter, which corresponds to the square value of the difference between the theoretical and experimental spectra. Actually, it is developed a program that incorporates a random noise to theoretical spectra for the computer program validation.
Associated Scientific Production
[1] Ana Paula Lasmar Guimarães. Ph.D. Project "Computational development tool for simulation spectra of diatomic molecules," Graduate Program in Science and Space Technologies, ITA – in progress.
Computer program output with theoretical and experimental spectra overlap.
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Pesquisa em “scramjet” no IEAv Equipe: Paulo G. P. Toro1,*, Alberto M. Santos1, Roberto C. Follador1,
Tiago C. Rolim1, Israel S. Rêgo1, Giannino P. Camillo1, Thiago L. Assunção1, Matheus T. A. Silva1, Norton D. V. Assis1, Marcos Z. J.
Ferreira1, Bruno F. Porto1, Marco A. S. Minucci2
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Cel Eng da reserva *[email protected]
A Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica, do IEAv, está desenvolvendo, desde 2007, demonstradores de tecnologia “scramjet”, o qual proporciona um sistema de propulsão aspirada baseada em combustão supersônica aplicada a veículos aeroespaciais em velocidade de voo atmosférico terrestre correspondente a número de Mach hipersônico. O Demonstrador Tecnológico “scramjet” 14-X “waverider” [1] foi concebido para demonstrar, em voo atmosférico a 30 km de altitude e com velocidade de 3 km/s, correspondente a número de Mach 10. Em 2010, o DCTA definiu o 14-X como projeto estratégico e em Março de 2012, a Coordenadoria do projeto 14-X (IEAv)
propôs a versão baseada no 14-X “waverider”, o 14-X S [2]. As novas versões foram projetados para voo atmosférico a 30km de altitude em velocidade correspondente a número de Mach 7. Estão planejados quatro tipos de voos, cativos e livres, com e sem queima de combustível H2, para obtenção de dados aerodinâmicos, de estabilidade e de combustão durante o voo atmosférico do Demonstrador Tecnológico “scramjet” 14-X S [3]. O 14-X S será levado à condição de teste por veículos aceleradores. Pretende-se utilizar, inicialmente, os motores foguete S31 e S30 para atingir 30 km de altitude e número de Mach 7.
Financiamento: DCTA, FINEP, FAPESP, AEB, CNPq, CAPES.
Produção Científica Associada
[1] Tiago C. Rolim, “Experimental Analysis of a Hypersonic Waverider.” Dissertação de Mestrado, Instituto Tecnológico de Aeronáutica (2009).
[2] Paulo G. P. Toro, “Projeto do Demonstrador Tecnológico scramjet 14-X S.” Relatório Interno do IEAv (2014).
[3] Maria F. F. Ricco, Pedro P. Funari, Aline V. Carvalho, “Espaço, Tecnologia, Ambiente e Sociedade.” 1ª Ed., Habilis Editora Erechim, RS, Brasil, Cap. 8, 161 (2011).
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Scramjet Research at IEAv Staff: Paulo G. P. Toro1,*, Alberto M. Santos1 , Roberto C. Follador1, Tiago
C. Rolim1, Israel S. Rêgo1, Giannino P. Camillo1, Thiago L. Assunção1, Matheus T. A. Silva1, Norton D. V. Assis1, Marcos Z. J. Ferreira1, Bruno F.
Porto1, Marco A. S. Minucci2
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Cel Eng da reserva *[email protected]
The Division of Aerothermodynamics and Hypersonics, of IEAv, is developing, since 2007, technological demonstrators of scramjet, which consisting of a hypersonic airbreathing propulsion system based on supersonic combustion, applied to aerospace vehicles flying into the Earth atmosphere at speeds equivalent to hypersonic Mach numbers. The 14-X waverider scramjet [1] has been envisaged to demonstrate the scramjet concept in flight at 30 km of altitude and speed of 3 km/s, corresponding to Mach number 10. In 2010, DCTA defined the 14-X as a strategic research project and in March 2012 the 14-X
project coordination (IEAv) suggested the 14-X S [2] as a version based on the 14-X waverider concept. The 14-X S has been designed for atmospheric flight at 30 km of altitude and speed corresponding to Mach number 7. Four types of flight test have been planned such as captive and free flights with and without burning of H2 fuel for obtaining data on aerodynamics, stability, and supersonic combustion during the 14-X S flight [3]. The 14-X S will be carried out to the flight conditions by boosters. Initially, it has been intended to utilize both rocket motors S31 and S30 to reach 30 km of altitude and Mach number 7.
Funding support: DCTA, FINEP, FAPESP, AEB, CNPq, CAPES.
Associated Scientific Production
[1] Tiago C. Rolim, “Experimental Analysis of a Hypersonic Waverider.” Dissertação de Mestrado. Instituto Tecnológico de Aeronáutica (2009).
[2] Paulo G. P. Toro. “Projeto do Demonstrador Tecnológico scramjet 14-X S.” Relatório Interno do IEAv (2014).
[3] Maria F. F. Ricco, Pedro P. Funari, Aline V. Carvalho, “Espaço, Tecnologia, Ambiente e Sociedade.” 1ª Ed., Habilis Editora Erechim, RS, Brasil, Cap. 8, 161 (2011).
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Sistema de Inteligência de Imagens Equipe: Vitor C. F. Gomes1,*, Mônica M. De Marchi1, Vitor L. Mendes1, João
C. da Silva1.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv. *[email protected]
A Inteligência de Imagens é um ramo da área de Inteligência que trata da extração de informações úteis para a tomada de decisão a partir de fotografias aéreas ou imagens de satélite. Os desafios estão relacionados à forma como os dados são coletados, armazenados, manipulados e as informações são disseminadas aos tomadores de decisão. Com base em um levantamento de necessidades e com foco em atender a demanda por interoperabilidade, uma visão conceitual para um
Sistema de Inteligência de Imagens, ilustrada na figura, foi elaborada. Nela, adota-se a estratégia TPPU (Task, Post in parallel, Process in parallel and Use in parallel), a qual permite acesso, processamento e análise paralelos aos dados e às informações. A partir desse modelo, definiu-se uma arquitetura de software e um modelo de dados, para guiar o desenvolvimento e a interação dos subsistemas. A interface entre subsistemas é baseada em serviços web e, quando disponível, adota-se o uso de um padrão definido pelo OGC (Open Geospatial Consortium).
A atividade encontra-se em desenvolvimento, que foi iniciado pelo módulo de gerenciamento dos dados. Neste módulo, um catálogo de dados geoespaciais (CSW - Catalog Service for the Web) para dados SAR foi escolhido como estudo de caso.
Produção Científica Associada
[1] Vitor C. F. Gomes, Mônica M. De Marchi, Vitor L. Mendes, João C. da Silva, “Proposta para Sistema de Inteligência de Imagens – INT”, São José dos Campos: IEAv, Relatório interno, (2015). Não publicado.
Diagrama Conceitual do Sistema de Inteligência de Imagens.
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Imagery Intelligence System Staff: Vitor C. F. Gomes1,*, Mônica M. De Marchi1, Vitor L. Mendes1, João C.
da Silva1.
1Institute for Advanced Studies – IEAv. *[email protected]
The Imagery Intelligence is a discipline of the Intelligence area that deals with the extraction of useful information from Aerial Photographs or Satellite Images for decision making. The challenges are related to the way that data is collected, stored, handled and how the information is disseminated to the decision makers.
A conceptual vision for an Imagery Intelligence System, illustrated in the figure, was designed from a needs survey and a demand for
interoperability. It adopts the TPPU strategy (Task, Post in parallel, Process in parallel and Use in parallel), which allows parallel access and processing of data and analysis of information. From this model, a software architecture and a data model were defined to guide the development and interaction of the subsystems. The interface between the subsystems is based on web services and when available a standard defined by the OGC (Open Geospatial Consortium) is adopted.
The activity is in development, initiated by the data management module. In this module, a geospatial data catalog (CSW - Catalog Service for the Web) to SAR data was chosen as a study case.
Associated Scientific Production
[1] Vitor C. F. Gomes, Mônica M. De Marchi, Vitor L. Mendes, João C. da Silva, “Proposta para Sistema de Inteligência de Imagens – INT”. São José dos Campos: IEAv, 2015. Internal report. Not published.
Conceptual diagram of the Imagery Intelligence System.
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Velocimetria de Escoamentos Reativos Equipe: Lincoln Tolomelli e Tolomelli1,2*, Luiz G. Barreta1, Dermeval
Carinhana Jr.1
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA.
A velocimetria de chamas consiste em uma importante ferramenta na caracterização de sistemas de combustão. Do universo de técnicas disponíveis, os métodos baseados em fenômenos ópticos, como espalhamento, fluorescência, incandescência, etc., apresentam a vantagem de não alterarem as condições originais dos escoamentos investigados. Nesses casos, a velocidade é calculada a partir do monitoramento de uma marcação não-perturbativa do escoamento em um determinado intervalo de tempo. Em chamas fuliginosas, como as encontradas em sistemas aeronáuticos e espaciais, no entanto, há grande dificuldade de
aplicação desses métodos, em função de fenômenos como a absorção e reflexão de luz. Para cobrir essa lacuna, o IEAv tem iniciado estudos para o estabelecimento do PVV – sigla em inglês de Particle Vaporization Velocimetry, ou Velocimetria de Vaporização de Partículas. Como seu nome sugere, seu princípio se baseia na marcação de uma região do escoamento por meio da vaporização da fuligem utilizando-se um laser de alta potência. Na sequência, a iluminação da chama por um segundo laser estabelece o contraste necessário para a aquisição das imagens que serão utilizadas no cálculo da velocidade. No curto prazo, o PVV será aplicado na caracterização da bancada de testes de combustores supersônicos em desenvolvimento no IEAv.
Financiamento: Projeto HIPERVEL, Convênio FINEP 0.1.11.0069.00. CAPES (Bolsa de Doutorado
Produção Científica Associada
[1] Lincoln Tolomelli e Tolomelli, Luiz G. Barreta, Dermeval Carinhana Jr., "Encontro Nacional da Física da Matéria Condensada", Foz do Iguaçu (2015).
[2] Lincoln Tolomelli e Tolomelli, Pedro A. Z. Mattos, Luiz G. Barreta, Dermeval Carinhana Jr., "46th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference ", Dallas (2015).
[3] Lincoln Tolomelli e Tolomelli, “Velocimetria de Escoamentos Utilizando a Técnica de PVV”, Programa em Ciências e Tecnologias Espaciais, ITA, (2015). Em andamento
Chama de gás marcada pelo Laser.
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Velocimety of Reactive Flows Staff: Lincoln Tolomelli e Tolomelli1,2*, Luiz G. Barreta1, Dermeval
Carinhana Jr.1
1Institute for Advanced Studies – IEAv; 2 Aeronautics Institute of Technology – ITA
The velocity of flames is an important tool for the characterization of combustion systems. Among the available techniques, the methods based on the optical phenomena, as scattering, fluorescence, incandescence, etc., have the advantage of do not disturb the original conditions of the investigated flows. In these cases, the velocity is calculated from the monitoring of a non-perturbative tagging of the flow during a given time interval. In sooty flames, as found in aeronautic and aerospace systems, however, there is a great difficult of applying this methods, due to certain phenomena such as absorption
and reflection of light. To cover this gap, IEAv has started the studies to establishing of PVV – Particle Vaporization Velocimetry. As its name suggests, its principle is based on in the tagging of a region of the flow by the vaporization of soot using a high power laser. In sequence, the flame illumination by a second laser gives the necessary contrast for the image acquisition, which will be used in the velocity calculation. In the short term, PVV will be applied in the characterization of the test bench of supersonic combustors in development at IEAv.
Funding support: HIPERVEL Project, FINEP covenant 0.1.11.0069.00. CAPES (Doctorate scholarship).
Associated Scientific Production
[1] Lincoln Tolomelli e Tolomelli, Luiz G. Barreta, Dermeval Carinhana Jr., "Brazilian Physical Society Meeting", Foz do Iguaçu (2015).
[2] Lincoln Tolomelli e Tolomelli, Pedro A. Z. Mattos, Luiz G. Barreta, Dermeval Carinhana Jr., "46th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference ", Dallas (2015).
[3] Lincoln Tolomelli e Tolomelli, “Velocimetry of Flows Using PVV Method”, Space Science and Technology Graduate Program, ITA, (2015). In progress.
Gas flame marked by laser.
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Estudo e desenvolvimento de blindagens da radiação cósmica para uso aeroespacial
Equipe: Marlon. A. Pereira1,2*, Heloisa H. C. Pereira1, Jéssica F. Cipeli1,3, Odair L. Gonçalez1.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv, 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA, 3Universidade do Vale do Paraíba – UNIVAP
Qualquer projeto no campo aeroespacial deve considerar os efeitos da contínua ação da radiação cósmica (RC) em seus materiais e componentes. Estes efeitos devem ser conhecidos para que medidas preventivas sejam consideradas desde a fase de projeto, uma vez que os diversos componentes operarão por longo tempo em um ambiente com radiação ionizante permanente. Uma boa política de projeto nunca negligenciaria estes efeitos em sistemas espaciais. O uso de dispositivos eletrônicos, ópticos e o uso de materiais em projetos aeroespaciais depende de informações sobre
como suas características variam em função da dose de RC depositada. Uma das principais formas de minimizar os efeitos da RC é por meio da introdução de materiais atenuantes, conhecidos como blindagens. O objetivo desta linha de pesquisa é estudar e demonstrar a empregabilidade de diferentes materiais visando à confecção de materiais para blindagens da RC em aplicações aeroespaciais. Trabalhos experimentais tem sido conduzidos no Laboratório de Dosimetria Aeroespacial (LDA) e no Laboratório de Radiação Ionizante (LRI) com fontes radioativas convencionais sob condições controladas. Simulações computacionais são utilizadas como parte da metodologia e também para espectros de alta energia de radiação cósmica que não podem ser obtidos em laboratórios convencionais.
Financiamento: CNPq, FINEP
Produção Científica Associada
[1] Marlon A. Pereira. "Polietileno de ultra alto peso molecular como material base para blindagens da radiação cósmica em aplicações aeroespaciais". Programa em Ciências e Tecnologias Espaciais, ITA. 2013.
[2] Heloisa H. C. Pereira. "Aplicação de geopolímeros como blindagem para radiação ionizante". Programa em Ciências e Tecnologias Espaciais, ITA. 2013.
Amostras de blindagem para radiação cósmica de uso aeroespacial.
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Study and development of cosmic radiation shielding for aerospace use
Staff: Marlon. A. Pereira1,2*, Heloisa H. C. Pereira1, Jéssica F. Cipeli1,3, Odair L. Gonçalez1.
1 Institute for Advanced Studies – IEAv, 2 Aeronautics Institute of Technology – ITA, 3Universidade do Vale do Paraíba – UNIVAP
Any project in aerospace field must consider the effects of continuous action of cosmic radiation (CR) in its materials and components. These effects must be known for that preventive measures can be considered as from project phase, once the various components will operate for long time in a permanent cosmic radiation environment. A good design policy would never neglect these effects on space systems. The use of electronic, optical devices and other materials in aerospace systems depends on information about how their characteristics vary as function of
the deposited cosmic radiation dose. One major way to minimize the radiation effects is by the introduction of attenuating materials, known as shielding. The purpose of this research line is to study and demonstrate the suitability of different materials aiming the production of materials for shielding cosmic radiation in aerospace applications. Some experimental works on these subjects have been performed in the Aerospace Dosimetry Laboratory (LDA) and in the Ionizing Radiation Laboratory (LRI) with conventional radioactive sources under controlled conditions. Computational simulations are use as part of methodology and also for the high energy spectrum of cosmic radiation that cannot be accessed in conventional laboratories.
Funding support: CNPq, FINEP
Associated Scientific Production
[1] Marlon A. Pereira. "Ultra-high molecular weight polyethylene as material base for cosmic radiation shielding in aerospace applications". Master´s thesis. Space Science and Technology Graduate Program , ITA. 2013) (in Portuguese).
[2] Heloisa H. C. Pereira. "Application of geopolymers as shielding for ionizing radiation". Master´s thesis. , Space Science and Technology Graduate Program2013 (in Portuguese).
Cosmic radiation shield samples for aerospace use
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Visualização de Escoamentos pela Óptica Schlieren
Equipe: Danilo A. Machado1*, Alberto M. dos Santos1, Demerval C. Junior1,2, Antonio C. de Oliveira1,2
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA
Nossos olhos e câmeras comuns não conseguem discernir as diferenças de fase em um feixe de luz. Nós só podemos ver a amplitude e o contraste de cor. Se fosse possível ver a fase da luz, novas perspectivas abririam para nossa visão. Tal é a importância do método óptico schlieren, ele traduz as diferenças de fase em amplitude. Em outras palavras, com o uso do método schlieren é possível observar uma vasta gama de
fenômenos invisíveis ao olho nu. A visualização pelo arranjo óptico schlieren é devido a variações do índice de refração do meio e essa variação pode ser causada por gradientes de temperatura, pressão ou densidade. Desde sua invenção no século XVII por Robert Hooke, o método vem sendo utilizado principalmente na visualização de escoamento de gases. No ano de 2004, o método Schlieren Toepler de Campo Total, foi introduzido no Instituto de Estudos Avançados com a finalidade de observar escoamentos hipersônicos produzidos por túneis de choque. Posteriormente, o método foi utilizado na visualização de escoamentos de jatos livres, combustão e plasmas. Atualmente, estão sendo desenvolvidas outras variações do método schlieren no IEAv. Dentre os métodos estão: i) Schlieren Ressonante, em que o contraste na imagem schlieren é composto por variações das condições do meio e pela absorção da luz por espécies ressonantes no comprimento de onda do feixe de laser; ii) Schlieren Focalizado, nesse método é possível obter imagens tridimensionais de um escoamento, sendo que sua principal vantagem consiste na relação custo-benefício do equipamento utilizado; iii) Schlieren PIV (Particle Image Velocimetry), esse método combina o uso do Método Schlieren Toepler ou Focalizado com o software do PIV, com o uso deste é possível obter a velocidade bidimensional de um escoamento. Financiamento: FINEP Produção Científica Associada
[1] Danilo A. Machado, Antonio C. de Oliveira, Dermeval C. Junior, “ 45th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference,” Atlanta, 2014. [2] Projetos: HIPERVEL convênio (01.11.0069.00) e CSLASER, convênio (01.11.0156.01).
Arranjo óptico schlieren ressonante
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Visualization Flow by Schlieren Optics Staff: Danilo A. Machado1*, Alberto M. dos Santos1, Demerval C. Junior1,2,
Antonio C. de Oliveira1,2
1Institute for Advanced Studies – IEAv; Aeronautics Institute of Technology – ITA
Our eyes and common cameras cannot discern the phase differences in a light beam. We can only see the amplitude and the color contrast. If it was possible to see the phase of the light it would open new perspectives to our vision. Such is the importance of schlieren optical method, it translates the phase differences into amplitude. In other words, using the schlieren method it is possible to observe a wider range of phenomena invisible to the naked eye. Visualization by schlieren
optical arrangement is possible due to the variation of refractive index of the medium and this variation can be caused by temperature gradients, pressure or density. Since its invention in the seventeenth century by Robert Hooke, the method has been used mainly in gas flow visualization. In 2004, the Total Field Schlieren Toepler method, was introduced at the Institute for Advanced Study in order to observe hypersonic flows produced by shock tunnels. Posteriorly, the method was used in free flow jets, combustion and plasma visualization. Currently, other schlieren method variations are being developed at IEAv. Among the methods there are: i) Resonant Schlieren, in this technique the schlieren image contrast is composed by the condition variations of the medium and the resonant absorption of light by species in the laser beam wavelength; ii) Focused Schlieren, in this method it is possible to obtain three-dimensional images of a flow and its main advantage is the benefit-cost ratio of the used equipment; iii) Schlieren PIV (Particle Image Velocimetry), this method combines the use of Schlieren Toepler or Focused Method with PIV software, using this software it is possible to obtain the two-dimensional velocities of a flow. Funding support: FINEP Associated Scientific Production [1] Danilo A. Machado, Antonio C. de Oliveira, Dermeval C. Junior, “ 45th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference, ” Atlanta, 2014. [2] HIPERVEL Project, FINEP grant (01.11.0069.00). [3] CSLASER Project, FINEP grant (01.11.0156.01).
Optical arrangement resonant schlieren
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Alocação de recursos de defesa contra ataques terroristas em megaeventos
esportivos Equipe: Marcelo Zawadzki1,*, Mischel Carmen N. Belderrain2, Gilberto
Montibeller3.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA; 3Universidade de Loughborough – Reino Unido.
São crescentes os níveis de preocupação das autoridades brasileiras, sobre os riscos de atentados terroristas, em solo brasileiro. A tarefa de alocar recursos de defesa para malograr as chances de ocorrência de atividades terroristas é complexa, principalmente pela ocorrência de vários cenários, disponibilidade de grande quantidade de medidas defensivas que podem ser adotadas para a diminuição dos riscos e a realidade do orçamento restrito. O problema de alocação de recursos de defesa com fins antiterrorismo pode ser estruturado como um jogo de segurança de Stackelberg entre dois jogadores: a defesa e o ataque. Por meio da
análise de tal jogo, é possível que a defesa, jogador líder do referido jogo, escolha a melhor forma de alocar seus recursos de defesa, tentando, assim, deslocar o equilíbrio de Nash do jogo a seu favor. No entanto, por vezes, o jogo que se obtém é extremamente complexo devido à explosão combinatória que é gerada pela imensidade de ações que cada jogador possui. Portanto, um alto esforço computacional pode ser requerido para atingir-se o ponto de equilíbrio de Nash. Assim, análises que simplifiquem/ auxiliem na solução do problema de alocação de recursos de defesa com fins antiterrorismo, como a aqui proposta, podem ser de grande contribuição para o contexto do planejamento de ações de defesa no âmbito nacional, proporcionando a diminuição dos riscos e incertezas inerentes a este tipo de problema.
Produção Científica Associada
[1] Amaury Caruzzo, Marcelo Zawadzki, Mischel C. N. Belderrain, “Proteção de Infraestruturas Críticas: desafios da previsão meteorológica como ferramenta de apoio aos Serviços de Inteligência”, Revista Brasileira de Inteligência 9 (51-63) (2015).
[2] Marcelo Zawadzki, "OR56" Surrey (2014).
[3] Marcelo Zawadzki , “ Alocação de Recursos de Defesa Contra Ataques Terroristas em Megaeventos Esportivos”, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, (2014).
Adoção de estratégias pela defesa e pelo ataque
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Defense resource allocation against terrorist attacks during sports mega-events
Staff: Marcelo Zawadzki1,*, Mischel Carmen N. Belderrain2, Gilberto Montibeller3
.
1Institute for Advanced Studies – IEAv; 2 Aeronautics Institute of Technology – ITA; Loughborough University– UK.
The authorities’ level of concern, on issues related to the risk of terrorist attacks, seems to have highly increased. Planning against the chances of terrorist activities is a complex task since this considers the possibility of several scenarios; the availability of large amount of countermeasures that can be taken to reduce risks; and the reality of limited budget. It is viable to treat the defense resource allocation problem with counterterrorism purposes as a Stackelberg security game that encompasses both the defense and attack as players. By analyzing such a game, the defense, which in this game is the leader player, may choose the
best way to allocate her defense resources, trying to move the Nash equilibrium of the game for her benefit. However, sometimes this game is extremely complex due to combinatorial explosion created by the high number of actions that may be taken by the players. Thus, this may require high computational effort in order to find its Nash equilibrium point. Indeed, analysis that simplify/contribute for finding solution for resource allocation problems, such as the one presented in this work, may be of great significance to the planning context for adopting defense actions at the national level, providing risks and uncertainties reduction which are inherent in this type of problem.
Associated Scientific Production
[1] Amaury Caruzzo, Marcelo Zawadzki, Mischel C. N. Belderrain, “Proteção de Infraestruturas Críticas: desafios da previsão meteorológica como ferramenta de apoio aos Serviços de Inteligência”, Revista Brasileira de Inteligência 9 (51-63) (2015).
[2] Marcelo Zawadzki, "OR56" Surrey (2014).
[3] Marcelo Zawadzki , “ Alocação de Recursos de Defesa Contra Ataques Terroristas em Megaeventos Esportivos”, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, (2014).
Defense and attack strategies’ adoption.
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Acabamento superficial de carbeto de silício para aplicações embarcadas
Equipe: Marcos V. R. Santos,1, Alvaro J. Damião1,2*.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA;
Há mais de 5 anos, está sendo desenvolvido no IEAv o acabamento de superfícies de Carbeto de Silício, que serão utilizadas como espelhos, para aplicações aeroespaciais. Rigidez é a principal razão para usar SiC. As propriedades mecânicas e térmicas de SiC também são superiores às dos materiais ópticos utilizados para essas aplicações. Neste trabalho, ferramentas e pastas diamantadas foram aplicadas para se obter espelhos planos [1]. A baixa massa específica é uma preocupação em aplicações aeroespaciais. Vitrocerâmicas, Be, Safire são materiais
normalmente aplicados nestes casos. Se material de baixa massa específica não está disponível, material rígido e oco poderá ser usado. Em substratos de espelhos, a idéia é usar uma estrutura de favo de mel ou alguns furos cegos na parte de trás do substrato, sem que se perca a qualidade da superfície frontal. Normalmente é mais fácil de polir materiais duros do que os moles. Os materiais macios são facilmente arranhados e é difícil de manter a forma da superfície frontal do substrato durante o processo de polimento. Mas SiC é um material muito duro e o processo de acabamento superficial precisa usar ferramentas e pastas diamantadas. A taxa de remoção de SiC é 1/35 da sílica fundida e 1/50 de vitrocerâmica. É por isso que o processo de acabamento da superfície é mais longo e mais caro. Em geral, não é fácil de encontrar informações detalhadas sobre os processos de acabamento no SIC, devido aos interesses comerciais. Os procedimentos e técnicas aplicadas neste trabalho para obter baixa rugosidade e alta planicidade no SiC foram eficazes. A planeza de λ/6 e a rugosidade Ra de λ/100, para a luz visível foram obtidas.
Financiamento: CNPq (processos 559925/2010-7 e 310046/2012-2)
Produção Científica Associada
[1] Alvaro J. Damião; M. V. R. Santos. “Sintered Silicon Carbide Mirror Substrates Finishing for Embeded Applications”. In: 23rd Congress of the ICO, 2014, Santiago de Compostela, 2014.
Amostras de SiC prontas para serem polidas
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Sintered Silicon Carbide Mirror Substrates Surface Finishing for Embedded Application
Staff: Marcos V. R. Santos,1, Alvaro J. Damião1,2*.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA;
It is been developed at IEAv the surface finishing of Silicon Carbide to be applied as mirror substrate for aerospace applications, for more then 5 years. Stiffness is the main reason to use SiC. Also the SiC mechanical and thermal properties are superior to the optical material that is normally used for those applications. In this work, diamond tools and pastes were applied to obtain flat mirror substrates [1]. The goals were to
obtain flatness of /10 and Ra roughness of
/100, for visible light. Light weight is a main concern in aerospace applications. Vitroceramics, Be, Safire are materials normally applied in this case. If low specific mass material is not available, hollowed stiff material can be used. On mirror substrates, the idea is to use a honeycomb structure or some blind holes in the back part, without losing the front surface profile. Normally it is easier to polish hard materials than the soft ones. Soft materials are easily scratched and it is difficult to keep the substrate front surface shape during the polishing process. But SiC is a very hard material and the polishing process must use diamond tools and pastes. The SiC removing rate is 1/35 of the fused silica and 1/50 of vitroceramics. That is why the surface finishing processes is longer and more expensive. In general, it is not easy to find detailed information about the finishing processes on SiC, due to commercial interests. The procedures and techniques applied to obtain low roughness and high flatness SiC mirror (sintered) substrates were effective. The flatness of λ/6 and Ra roughness of λ/100, for visible light was obtained. These results were obtained on sinterized Grade BF17 SiC powder.
Funding support: CNPq (559925/2010-7 and 310046/2012-2)
Produção Científica Associada
[1] Alvaro J. Damião; M. V. R. Santos. “Sintered Silicon Carbide Mirror Substrates Finishing for Embeded Applications”. In: 23rd Congress of the ICO, 2014, Santiago de Compostela, 2014.
SiC Samples ready to be polished at IEAv
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Projeto Combustão Supersônica Assistida por Laser com Aplicação Aeroespacial
(CSLASER) Equipe: Coordenador Antonio C. Oliveira1,2,*, Divisão EAH D, Divisão EAH
E
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA;
O Projeto CSLASER, financiado pela FINEP (Convênio 01.11.0156.01), tem por objetivo realizar o estudo teórico e experimental da combustão supersônica aspirada assistida por laser (ignição e sustentação) em um modelo de um motor scramjet instalado em um túnel de vento hipersônico, visando o domínio da tecnologia aeroespacial de propulsão hipersônica, com vistas ao desenvolvimento do veículo hipersônico brasileiro 14-X. Como parte da pesquisa, serão realizados experimentos no túnel de vento hipersônico T3 do IEAv, simulando uma condição de voo de 30
km de altitude a Mach 7, injetando hidrogênio como combustível e utilizando dois lasers pulsados de alta potência de ND:YAG (250 MW por pulso, tempo de pulso de 10 ns), focalizados no interior da câmara de combustão para ignitar a mistura. Os resultados experimentais irão validar as simulações teóricas em fluidodinâmica computacional em desenvolvimento. Técnicas ópticas não intrusivas de diagnóstico (schlieren, PLIF, LIF e quimioluminescência) estão sendo implementadas, para que se possa acompanhar o desenvolvimento da combustão e a caracterização do escoamento ao longo de todos os componentes do motor.
Financiamento: FINEP
Produção Científica Associada
[1] Projeto Combustão Supersônica Assistida por Laser com Aplicação Aeroespacial, convênio FINEP (01.11.0156.01)
Túnel de Vento Hipersônico T3
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Laser-Assisted Supersonic Combustion with Aerospacial Applications Project
(CSLASER) Staff: Coordenador Antonio C. Oliveira1,2,*, Divisão EAH D, Divisão EAH E
1Institute for Advanced Studies– IEAv; 2Aeronautics Institute of Technology– ITA;
Project CSLASER is funded by the Brazilian Innovation Agency FINEP (FINEP 01.11.0156.01). The goal of the project is to conduct theoretical and experimental studies of supersonic laser-assisted ignition and laser-sustained combustion into a model of a scramjet engine installed in a hypersonic wind tunnel, aiming the development of the Brazilian 14-X Hypersonic Aerospace Vehicle. The research will conduct experiments in the hypersonic wind tunnel T3 of the IEAv, simulating flight conditions of Mach 7 at 30 km of altitude, injecting hydrogen as fuel and using two pulsed
high power ND:YAG lasers (250 MW per pulse, duration of 10 ns) focused within the combustion chamber to ignite the mixture. The non-intrusive optical diagnostic techniques (schlieren, PLIF, LIF and chemiluminescent) are being implemented in the facility, to monitor the development and the characterization of combustion flow throughout the engine structure.
Funding Support: FINEP
Associated Scientific Production
[1] Laser-Assisted Supersonic Combustion with Aerospacial Applications Project, FINEP (01.11.0156.01)
Hypersonic wind tunnel T3
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Deposição a laser de revestimentos TBC Viviane Teleginski1,2*, Daniele C. Chagas1,2, Ana Cláudia Costa Oliveira2,
Júlio C. G. Santos1, Getúlio de Vasconcelos1,2
1Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil
TBCs (Thermal Barrier Coatings) são revestimentos empregados para proteção térmica e química de palhetas de turbinas aeronáuticas, permitindo temperaturas de operação mais elevadas, aumentando sua eficiência sem alterar as propriedades mecânicas do substrato, assegurando o funcionamento seguro da turbina. O TBC é composto de um revestimento de ligação (BC), uma camada de óxido (TGO) e uma camada cerâmica. As técnicas utilizadas para deposição destes revestimentos promovem ligações mecânicas e químicas com o substrato, possuindo microestruturas porosas. No presente trabalho, o uso do laser de CO2 estabeleceu com sucesso ligação metalúrgica entre o BC e substrato, com microestrutura isenta de poros ou imperfeições [1]. A camada
cerâmica depositada mostrou-se densa, com superfície de baixa rugosidade, contendo trincas verticais que atuam como barreira a propagação de tensões geradas durante os ciclos de operação das turbinas. Também verificou-se que a composição de fases da cerâmica foi homogeneizada [2].
Agradecemos a FAPESP (2013/08920-1) e CNPq/ MCT/ AEB.
Referências
[1] V. Teleginski, D.C. Chagas, A.C.C. Oliveira, J.C.G. Santos, J.F. Azevedo, R. Riva, G. Vasconcelos, Yb:fiber laser surface texturing of stainless steel substrate, with MCrAlY deposition and CO2 laser treatment, Surf. Coat. Technol. 260 (2014) 251–259.
[2] V. Teleginski, D. C. Chagas, A. C. C. Oliveira, R. Riva, G. Vasconcelos, Laser irradiation of YSZ on NiCrAlY/ Inconel 718 substrates for TBC applications. Artigo submetido Surf. Coat. Technol. e apresentado em abril de 2015, no congresso 42nd ICMCTF, San Diego, CA - EUA.
Desenho esquemático do sistema TBC onde estão indicadas suas camadas constituintes e substrato.
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Thermal Barrier Coatings laser deposition Viviane Teleginski1,2*, Daniele C. Chagas1,2, Ana Cláudia Costa Oliveira2,
Júlio C. G. Santos1, Getúlio de Vasconcelos1,2
1Institute for Advanced Studies, São José dos Campos, SP, Brazil 2Tecnological Institute of Aeronautics, São José dos Campos, SP, Brazil
Thermal Barrier Coatings (TBC) are applied in aeronautical turbine blades to provide chemical and thermal protection, allowing higher operation temperatures, increasing the turbine efficiency without compromising the substrate material mechanical properties, assuring a safe operation. The TBC is composed of a bond coat (BC), an oxide thin layer (TGO) and a ceramic top coating. The consolidated techniques to deposit such coatings produce mechanical bonding between the coating and substrate, possessing a porous microstructure. At the present work, the use of a low-power CO2 laser beam have successfully established a metallurgical bonding between the BC and the substrate, showing a non-porous and
imperfections-free microstructure [1]. The ceramic top coating showed high-density morphology, low roughness and a vertical crack network which acts as a barrier to tension propagation during the turbine operation. It was also noticed that the laser deposition provided a homogenized ceramic phase composition [2].
We acknowledge FAPESP (2013/08920-1) and CNPq/MCT/AEB.
References
[1] V. Teleginski, D.C. Chagas, A.C.C. Oliveira, J.C.G. Santos, J.F. Azevedo, R. Riva, G. Vasconcelos, Yb:fiber laser surface texturing of stainless steel substrate, with MCrAlY deposition and CO2 laser treatment, Surf. Coat. Technol. 260 (2014) 251–259.
[2] V. Teleginski, D. C. Chagas, A. C. C. Oliveira, R. Riva, G. Vasconcelos, Laser irradiation of YSZ on NiCrAlY/ Inconel 718 substrates for TBC applications. Article submitted to Surf. Coat. Technol. and presented at the 42nd ICMCTF, 2015 April, held in San Diego, CA - EUA.
Schematic drawing of a TBC system where its components and substrate material are indicated.
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Polarimetria Compacta SAR: aplicações em vigilância marítima no âmbito da Defesa
Equipe: Rafael L.Paes1,*, Marcus V.T. Monteiro1, Roberto Salles1, Breno R.A. Leite1, Andrea Buono2, Ferdinando Nunziata2, Maurizio Migliaccio2.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Università degli Studi di Napoli “Parthenope” – Uniparthenope
Neste estudo, arquiteturas Polarimetria Compacta de radares de abertura sintética (do inglês, Compact Polarimetry Synthetic Aperture Radar – CP SAR) são exploradas para fins de aplicações em vigilância costeira e marítima. Conceitos básicos de polarimetria de ondas são empregados para gerar medidas de CP SAR através da emulação de dados SAR reais na banda C e na banda L. Bacias petrolíferas representam um interessante cenário seja do ponto de vista ambiental quanto econômico. Experimentos foram realizados emulando dados dos satélites RADARSAT-2 e ALOS PALSAR, e os resultados significativos foram obtidos
com o uso de CP SAR para detectar alvos metálicos e manchas de óleo. As tarefas de detecção e de classificação são realizadas através de técnicas de reconhecimento de padrões e de inteligência computacional. A avaliação de desempenho é feita através de métricas objetivas. Outras potenciais aplicações: o monitoramento da ocupação costeira; e o monitoramento de icebergs, as quais podem tornar-se um importante auxilio à navegação marítima e às aeronaves em procedimentos de aproximação final no continente antártico.
Financiamento: CNPq – projeto 560190/2010-7 - Edital AEB 33/2010
Produção Científica Associada
[1] Rafael L. Paes, Ferdinando Nunziata, Maurizio Migliaccio, " On the Capability of Hybrid-Polarity Features to Observe Metallic Targets at Sea," Oceanic Engineering, 99, 1-16 (2015). doi: 10.1109/JOE.2015.2424751
[2] Rafael L. Paes, Ferdinando Nunziata, Maurizio Migliaccio, "Hybrid-polarimetry architecture to observe metallic targets at sea”, EESMS IEEE Workshop, Naples (2014).
CP SAR – exemplo de informação polarimétrica: razão de polarização circular (μc), alta resposta volumétrica de um alvo metálico (acima do plano de corte) e baixa resposta do mar (abaixo do plano).
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SAR Compact Polarimetry: applications on maritime surveillance in the context of the
Defense Staff: Rafael L.Paes1,*, Marcus V.T. Monteiro1, Roberto Salles1, Breno R.A.
Leite1, Andrea Buono2, Ferdinando Nunziata2, Maurizio Migliaccio2.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Università degli Studi di Napoli “Parthenope” – Uniparthenope
In this study, Compact-Polarimetry (CP) Synthetic Aperture Radar (SAR) architectures are exploited for coastal and maritime surveillance purposes. Basic wave polarimetry concepts are used to define the considered CP features emulating actual C-band and L-band fully polarimetric SAR data. Oil basins represent an interesting scenario from both an environmental and economical perspective. Meaningful experiments undertaken emulating RADARSAT-2 SAR data and ALOS PALSAR data demonstrate the capability of CP architectures to both detect metallic targets at sea and monitor oil slicks. To address detection and
classification tasks, pattern recognition and intelligence computer techniques are achieved. Performance evaluation is followed by objective metrics. Other potential applications are: coastal land use monitoring; and icebergs monitoring, which can be an important aid for ship navigation and for landing aircrafts during the final approach when operating in the Antarctic continent.
Funding support: CNPq – project 560190/2010-7 - AEB 33/2010
Associated Scientific Production
[1] Rafael L. Paes, Ferdinando Nunziata, Maurizio Migliaccio, " On the Capability of Hybrid-Polarity Features to Observe Metallic Targets at Sea," Oceanic Engineering, 99, 1-16 (2015). doi: 10.1109/JOE.2015.2424751
[2] Rafael L. Paes, Ferdinando Nunziata, Maurizio Migliaccio, "Hybrid-polarimetry architecture to observe metallic targets at sea”, EESMS IEEE Workshop, Naples (2014).
CP SAR – Example of polarimetric information: circular polarization rate (μc), high volumetric bouncing of a metalic target (above the plane) and low bouncing of the sea (below the plane).
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PMA II Equipe: Márcia R.C. Aquino1,*, Ten Cel Av Flavio Petersen Júnior1, Cap Av Diego Bonato1, Cap Av Diego Geraldo1, 1º Ten Eng Davison S. Santos1.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv. *[email protected]
O Sistema de Planejamento de Missão Aérea, PMA II, é um projeto PEMAER do COMGAR em execução na Divisão de Geointeligência (EGI) do IEAv desde 2009. O objetivo do PMA é prover às unidades operacionais um ambiente integrado e comum a todos os usuários para o planejamento, a análise e o debriefing de missões, contribuindo para o aumento da operacionalidade e da segurança da atividade aérea. O PMA é desenvolvido sobre a Plataforma AEROGRAF, um sistema de informações geográficas da EGI, que atua como um ambiente de integração de componentes. As características da
Plataforma AEROGRAF permitem a contínua incorporação de novas funcionalidades ao PMA, garantindo que as necessidades sejam gradualmente atendidas e promovendo a integração com os novos sistemas adquiridos. Atualmente, o PMA possui funcionalidades como: compilação de cenários táticos em duas e três dimensões; criação de rotas de navegação com suporte a órbitas, reabastecimento em vôo, navegação por contato, dispersão da formação e padrões de busca; análise de separação entre trajetórias; integração com equipamentos de posicionamento global; reconstituição, análise de vôos e análise de parâmetros de combate das aeronaves.
Financiamento: COMGAR
Produção Científica Associada
[1] Diego Geraldo, Flavio Petersen Júnior, Márcia R. C. Aquino, "AEROGRAF-PMA, Combate BVR: o que há além?”, Revista Spectrum 18 (2015). Submetido para publicação.
[2] Flavio Petersen Júnior, "Conferência de Simulação e Tecnologia Militar (CSTM)" Brasília (2015).
[3] Helmer B. Gilberto, "Combate BVR e a influência de ferramentas metodológicas ", Revista Zoom: edição do 3º/3º GAV (2014).
[4] Raphael Efísio, "Simulação computacional para o incremento da capacidade de sobrevivência", Revista Zoom: edição do 3º/3º GAV (2014).
Exemplo de uma missão planejada utilizando recursos do PMA II.
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PMA II Staff: Márcia R.C. Aquino1,*, Ten Cel Av Flavio Petersen Júnior1, Cap Av Diego Bonato1, Cap Av Diego Geraldo1, 1º Ten Eng Davison S. Santos1.
1Institute for Advanced Studies – IEAv *[email protected]
The Air Mission Planning System, PMA II, is one of COMGAR’s PEMAER projects, and it’s being conducted by IEAV’s Geointelligence Division (EGI) since 2009. The goal of PMA II is to provide a common planning, analysis and debriefing environment for all users, resulting in a higher level of operationality and security. PMA II is based on the AEROGRAF Platform, a Geographic Information System developed by EGI. AEROGRAF’s architecture facilitates the continuous creation of new tools and integration with other systems, so that all users’ needs are gradually satisfied. Currently,
PMA II has several capabilities, such as: 2D and 3D tactical scenarios generation; navigation planning considering holding patterns, in-flight refueling, low altitude navigation and visual search patterns; conflict analysis between trajectories; GPS equipment integration; flight replay and combat analysis.
Funding support: COMGAR
Associated Scientific Production
[1] Diego Geraldo, Flavio Petersen Júnior, Márcia R. C. Aquino, "AEROGRAF-PMA, Combate BVR: o que há além?”, Revista Spectrum 18 (2015). Submitted.
[2] Flavio Petersen Júnior, "Conferência de Simulação e Tecnologia Militar (CSTM)" Brasília (2015).
[3] Helmer B. Gilberto, "Combate BVR e a influência de ferramentas metodológicas ", Revista Zoom: edição do 3º/3º GAV (2014).
[4] Raphael Efísio, "Simulação computacional para o incremento da capacidade de sobrevivência", Revista Zoom: edição do 3º/3º GAV (2014).
Mission planning on PMA II.
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Fotônica Integrada em Silício – Dispositivos Insensíveis a Variação de Temperatura
Equipe: Hugo L. R. Lira1,*, Vilson R. Almeida1,2, William S. Fegadolli3, Axel Scherer3, Marianne Hiltunen4, Pentti Karioja4.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA; 3California Institute of Technology - Caltech; 4Technical Research Centre
of Finland - VTT. *[email protected]
A fotônica integrada em silício utiliza-se de ferramentas e processos de confecção de circuitos eletrônicos, ou variações dos mesmos, para a elaboração de dispositivos voltados à manipulação de luz, o que acaba beneficiando a pesquisa e desenvolvimento de sensores e circuitos ópticos integrados.
Dada a elevada dependência do índice de refração do silício com a temperatura, faz-se necessário para certas aplicações adotar medidas que diminuam ou até eliminem o coeficiente termo-óptico (CTO) efetivo de guias de onda confeccionados neste material. Esta demanda nos levou a projetar guias de onda especiais em silício (Fig. 1), que foram
fabricados na sala-limpa do Caltech, recobertos por um polímero - Ormocomp® - (que possui CTO negativo) no VTT, e, finalmente, testados naquele centro. Conforme se observa na Fig. 1, os guias de onda são acoplados por campo
evanescente a cavidades ressonantes em anel de 30 m de raio, cuja ressonância depende do índice de refração efetivo do guia de onda. Verificou-se que o CTO efetivo da estrutura reduziu-se drasticamente, sendo desprezível frente ao valor do coeficiente do silício. Este resultado torna possível projetar dispositivos para a manipulação de luz, como moduladores, que sejam insensíveis a variações térmicas, requisito importante para aplicações aeroespaciais.
Financiamento: CAPES, CNPq, Finnish Academy e National Science Foundation
Produção Científica Associada
[1] William S. Fegadolli, Hugo L. R. Lira, Marianne Hiltunen, Pentti Karioja, Vilson R. Almeida, Axel Scherer, "Athermal Silicon Slot Waveguide with na Ormocomp Polymer Overlayer," Phot. Tech. Let. 26, 1414-1417 (2014).
SiO2
Ormocomp
Si Si
286nm
100nm
220nm
Seção transversal do guia de ondas e microscopia eletrônica de varredura na região de acoplamento evanescente
95
Integrated Silicon Photonics – Athermal Devices
Staff: Hugo L. R. Lira1,*, Vilson R. Almeida1,2, William S. Fegadolli3, Axel Scherer3, Marianne Hiltunen4, Pentti Karioja4.
1Institute for Advanced Studies – IEAv; 2 Aeronautics Institute of Technology – ITA; 3California Institute of Technology – Caltech; 4Technical Research Centre
of Finland – VTT.
Integrated silicon photonics makes use of tools and processes from electronic circuit manufacturing, or variations thereof, for the development of devices aimed at manipulating light, which ends up benefiting the research and development of sensors and integrated optical circuits.
Given the high dependence of the Silicon’s refractive index with temperature, it is necessary for certain applications to adopt measures to reduce or even eliminate the effective thermo-optical coefficient (TOC) of waveguides made of this material. This demand has led us to design special waveguides on Silicon (Fig. 1), which were
fabricated in the clean-room facility at Caltech, covered by a polymer - Ormocomp® - (which has a negative TOC) at VTT, and finally tested at that center. As shown in Fig. 1, the waveguides are coupled by evanescent field to
the 30-m-radius resonant cavities, whose resonance depends on the effective refraction index of the waveguide. It was found that the structure’s effective TOC was drastically reduced, being negligible when compared with the value of the coefficient for Silicon. This result makes it possible to design devices for light handling, as modulators, which are insensitive to temperature variations, an important requirement for aerospace applications.
Funding support: CAPES, CNPq, Finnish Academy e National Science Foundation
Associated Scientific Production
[1] William S. Fegadolli, Hugo L. R. Lira, Marianne Hiltunen, Pentti Karioja, Vilson R. Almeida, Axel Scherer, "Athermal Silicon Slot Waveguide with na Ormocomp Polymer Overlayer," Phot. Tech. Let. 26, 1414-1417 (2014).
SiO2
Ormocomp
Si Si
286nm
100nm
220nm
Cross section of the waveguide and scanning electron microcopy at the coupling region
96
Caracterização de Acelerômetro Micro-Eletro-Mecânico Capacitivo
Equipe: Matheus M. Carvalho1,*, Liangrid L. Silva2, Janderson R. Rodrigues2, Rogério M. Cazo1, Angelo Passaro1,2, Vilson R. Almeida2.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA;
O Instituto de Estudos Avançados concluiu recentemente o projeto ACELERAD (Acelerômetro de Alto Desempenho), o qual constituiu-se de pesquisa na área de acelerômetros micro-eletro-mecânicos e de acelerômetros a fibras ópticas. Um acelerômetro micro-eletro-mecânico capacitivo, concebido por microfabricação em substrato de silício, foi caracterizado e um modelo que permite estimar alguns erros sistemáticos/determinísticos foi proposto e aplicado. O sensor desenvolvido apresentou características funcionais esperadas, sendo evidenciadas as primeiras melhorias a serem implementadas nos procedimentos
experimentais e no desenvolvimento do dispositivo. O sensor foi caracterizado para diferentes ângulos de inclinação. Uma nova eletrônica para interrogação do sistema foi projetada e montada no Brasil e está em validação.
Financiamento: FINEP
Produção Científica Associada
[1] Rogério M. Cazo, "Relatório Final Projeto ACELERAD", Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos (2014).
[2] Liangrid L. Silva, Janderson R. Rodrigues, Rogério M. Cazo, Matheus M. Carvalho, Angelo Passaro, Vilson R. Almeida, " Caracterização de Erros Sistemáticos em um Acelerômetro Micro-Eletro-Mecânico Capacitivo", "VIII Simpósio Brasileiro de Engenharia Inercial" São josé dos Campos (2015).
[3] Liangrid L. Silva, “Caracterização e Otimização de um Acelerômetro Micro-Eletro-Mecânico Capacitivo para Aplicação Aeroespacial”, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos (2015).
[4] Janderson R. Rodrigues, “Modelagem e simulação de um microacelerômetro capacitivo”, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos (2011).
Massa inercial fabricada no Laboratório LSI da Universidade de São Paulo (projeto ACELERAD).
97
Characterization of a Micro Electro Mechanical Capacitive Accelerometer
Staff: Matheus M. Carvalho1,*, Liangrid L. Silva2, Janderson R. Rodrigues2, Rogério M. Cazo1, Angelo Passaro1,2, Vilson R. Almeida2.
1Institute for Advanced Studies – IEAv; 2 Aeronautics Institute of Technology – ITA;
The Institute for Advanced Studies has recently concluded the ACELERAD project (from Portuguese direct translation "High Performance Accelerometer"), which consists of research in the field of micro electro mechanical capacitive accelerometers and fiber optics based accelerometers. A micro electro mechanical capacitive accelerometer, produced by micro fabrication in silicon substrate, was characterized and a model for systematic/deterministic errors was proposed and applied. The developed sensor showed features in accordance with the expected, and the first improvements to be implemented at the experimental procedures and at the
development of the device have emerged. The sensor was characterized for different inclination angles. A new electronics for interrogation of the system was designed and assembled in Brazil and is being validated.
Funding support: FINEP
Associated Scientific Production
[1] Rogério M. Cazo, "Relatório Final Projeto ACELERAD", Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos (2014).
[2] Liangrid L. Silva, Janderson R. Rodrigues, Rogério M. Cazo, Matheus M. Carvalho, Angelo Passaro, Vilson R. Almeida, " Caracterização de Erros Sistemáticos em um Acelerômetro Micro-Eletro-Mecânico Capacitivo", "VIII Simpósio Brasileiro de Engenharia Inercial" São josé dos Campos (2015).
[3] Liangrid L. Silva, “Caracterização e Otimização de um Acelerômetro Micro-Eletro-Mecânico Capacitivo para Aplicação Aeroespacial”, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos (2015).
[4] Janderson R. Rodrigues, “Modelagem e simulação de um microacelerômetro capacitivo”, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos (2011).
Inertial Mass produced at the LSI laboratory from University of Sao Paulo (ACELERAD project).
98
Análise de Dispersão de Nanoferritas por FMM
Equipe: Fábio R. Daró1*; Antonio Carlos C. Migliano2; Patrícia C. F. Menezes3; Verônica C. S. Diniz3; Ana Cristina F. M. Costa3, Anderson K.
Hirata1.
1 Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA; 2 Instituto de Estudo Avançados – IEAv;
3 Universidade Federal de Campina Grande – UFCG. * [email protected] .
Nanopartículas de ferritas de Mn / Zn são materiais ferrimagnéticos que podem ser empregados como carga em mantas de material compósito, com o objetivo de absorção de radiação eletromagnética [1]. Contudo, a obtenção destes materiais é complexa, pois as nanopartículas tendem a se aglomerar no interior do compósito, o que prejudica a absorção. Portanto, obter o grau de homogeneidade do material é um fator importante para avaliar a eficiência de uma blindagem eletromagnética. Neste sentido, a Microscopia por Modulação de Força (FMM – force modulation microscopy), que é uma variedade de Microscopia de Varredura por
Sonda (SPM – scanning probe microscopy) [2], pode ser útil para avaliar a dispersão das partículas dentro do material. A figura exemplifica os resultados obtidos a partir da FMM de uma amostra de manta. Observam-se nanopartículas (áreas mais escuras) dispersas na matriz de silicone (áreas mais claras). Por meio da análise de várias amostras, é possível compreender o modo pelo qual o teor de Zn age na dispersão das partículas. Assim, a FMM mostrou ser um método útil para análise da dispersão de partículas em compósitos.
Financiamento: MCTI/CNPq/CT-Aeron./CT-Espacial 22/2013; CAPES Pró-Estratégia proc. 2237 (50/2011); FINEP proc. 01.12.0347.00 (0479/11) e proc. 01.13.0402.00 (0606/13); FAPESP proc. 01448-2/12.
Produção Científica Associada
[1] P.C.F. Menezes; Bezerra; E. M. Araujo ; A. D. S. Costa Jr.; A. C. F. M. Costa; D. R. Cornejo. “Magnetic properties of composite of RTV/Ni Zn for application as absorbers of electromagnetic radiation”. São Paulo: Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais - SBPMAT, 2013. Resumo expandido em anais de congresso.
[2] A. K. Hirata, “Mapeamento de Propriedades Eletromagnéticas Locais de Ferrita Cu0,7Co0,3Fe2O4 por Microscopia de Varredura em Micro-Ondas”, São José dos Campos: Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA, 2015. Dissertação de Mestrado.
Fase de oscilação em FMM de amostra de manta de nanoferrita de Mn / Zn.
99
Nanoferrite Dispersion Analysis by FMM Staff: Fábio R. Daró1*; Antonio Carlos C. Migliano2; Patrícia C. F.
Menezes3; Verônica C. S. Diniz3; Ana Cristina F. M. Costa3.
1 Aeronautics Institute of Technology – ITA; 2 Institute for Advanced Studies – IEAv;
3 Federal University of Campina Grande – UFCG. * [email protected] .
Mn / Zn ferrite nanoparticles are ferrimagnetic materials that can be employed as filler in single-layer composite materials, for the purpose of electromagnetic radiation absorption [1]. However, obtaining these materials is complex, since the nanoparticles tend to agglomerate within the composite, which impairs the absorption. Therefore, to obtain the degree of homogeneity of the material is an important factor for assessing the efficiency of an electromagnetic shielding. In this regard, the FMM (force modulation microscopy), which is a type of SPM (scanning probe microscopy) [2], may
be useful to evaluate the nanoparticle dispersion within the material. The figure exemplifies the FMM result obtained from a single-layer sample. We observe nanoparticles (darker areas) dispersed in the silicone matrix (lighter areas). By multiple sample analysis, it is possible to understand the mode by which the Zn content acts in the particles dispersion Thus, FMM showed to be a useful method to particle dispersion analysis in composite materials.
Funding support: MCTI/CNPq/CT-Aeron./CT-Espacial 22/2013; CAPES Pró-Estratégia proc. 2237 (50/2011); FINEP proc. 01.12.0347.00 (0479/11) e proc. 01.13.0402.00 (0606/13); FAPESP proc. 01448-2/12.
Associated Scientific Production
[1] P.C.F. Menezes; Bezerra; E. M. Araújo ; A. D. S. Costa Jr.; A. C. F. M. Costa; D. R. Cornejo. “Magnetic properties of composite of RTV/Ni Zn for application as absorbers of electromagnetic radiation”. São Paulo: Brazilian Society For Material Research - SBPMAT, 2013. Expanded Abstract.
[2] A. K. Hirata, “Mapeamento de Propriedades Eletromagnéticas Locais de Ferrita Cu0,7Co0,3Fe2O4 por Microscopia de Varredura em Micro-Ondas”, São José dos Campos: Aeronautics Institute of Technology – ITA, 2015. M. Sc. thesis.
FMM oscillation phase angle of a Mn / Zn ferrite single-layer sample.
100
Caracterização de Materiais, Sensores e Filtros em Frequências Terahertz
Alan F. N. Boss1, Antonio C. C. Migliano1,2,*, Vera L. O. de Brito1,2, Francisco E. Carvalho1,2, Fábio R. Daró1, Glauco P. Zanella2, Leonardo V.
Lemos1, Rodrigo G. A. de Lima1, Anderson K. Hirata1, Mayara dos S. Amarante1.
1Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA; 2Instituto de Estudos Avançados – IEAv.
O Grupo de Sistemas Eletromagnéticos (GSE), conhecido por desenvolver materiais cerâmicos magnéticos e caracterizá-los em frequências de micro-ondas, está voltando suas atividades para caracterizar materiais, sensores e filtros em frequências Terahertz (THz). Essa faixa de frequência, entre 0,1 e 10 THz, tem recebido grande atenção nos últimos 20 anos. Atualmente, as medidas em THz são feitas somente em modo de transmissão ou reflexão, o que permite apenas a caracterização da parte dielétrica dos materiais. Além disto, raramente se encontra
trabalhos sobre materiais cerâmicos magnéticos nestas frequências. Contudo, o GSE tem a intenção de caracterizar essas ferritas de modo que a propriedade magnética do material também possa ser calculada, o que é um avanço nesta área de conhecimento. O GSE já desenvolveu material cerâmico que pode operar como filtro em frequências THz. Este material micro-estruturado teve sua primeira medida feita na Universidade de Konstaz, Alemanha, em um sistema semelhante ao que está sendo implementado no laboratório de Sistemas Eletromagnéticos do IEAv. O grupo, também, tem investigado as propriedades desses materiais por meio de simulações e apoiado a especialização de discentes no exterior, já que ainda não há especialistas desta área no Brasil. Com isto, o GSE pretende, nos próximos anos, se tornar uma referência na área de caracterização de materiais em THz, desenvolvendo métodos para calcular a permeabilidade de amostras e inovando no desenvolvimento de filtros e sensores.
Financiamento: CAPES Pró-Estratégia; FAPESP; FINEP; COMAER; CNPq.
Produção Científica Associada
[1] AMARANTE, Mayara dos Santos. Análise microestrutural da difusão dos óxidos de cobre I e II em ferritas de cobre e de cobalto dopadas com cobre. 2014. 125f. Dissertação de mestrado em Sensores e Atuadores Espaciais – Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos.
Filtro cerâmico em TeraHertz, desenvolvido no IEAv
101
Materials, Sensors and Filters Characterization in Terahertz Frequencies
Alan F. N. Boss1, Antonio C. C. Migliano1,2,*, Vera L. O. de Brito1,2, Fábio R. Daró1, Glauco P. Zanella2, Leonardo V. Lemos1, Rodrigo G. A. de Lima1,
Anderson K. Hirata1, Mayara dos S. Amarante1.
1 Aeronautics Institute of Technology – ITA; 2Institute of Advanced Studies – IEAv.
The Group of Electromagnetic Systems (GES) that is known for developing magnetic ceramics materials and characterizes them in microwave frequencies is now directing its activities to characterize these materials, sensors and filters in Terahertz (THz) frequencies. This frequency range has received a lot of attention in the last 20 years. At the present, THz measurements are done in transmission or reflection mode, which allows the dielectric characterization only. Besides that, papers about magnetic ceramics materials in this frequency range are rarely found.
Therefore, the GES intend to characterize these ferrites in a way that the magnetic property of the material can be also estimate, which is an advance in this area of knowledge. The GES already have a ceramic material that can work as a filter in THz frequencies. This micro structured material had its first measurement done at Konstanz University, Germany, in a similar system that is being acquired to the Electromagnetic Systems laboratory. GES has also investigated the properties of this material through simulations, and supported international exchange of student since there is no expert in this area in Brazil. Therefore, GSE intend to become a reference in materials characterization at THz frequencies in the next few years, developing methods to estimate samples permeability and innovating in sensors and filters development.
Funding support: CAPES Pró-Estratégia; FAPESP; FINEP; COMAER; CNPq.
Associated Scientific Production
[1] AMARANTE, Mayara dos Santos. Análise microestrutural da difusão dos óxidos de cobre I e II em ferritas de cobre e de cobalto dopadas com cobre. 2014. 125f. Dissertação de mestrado em Sensores e Atuadores Espaciais – Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos.
Terahertz ceramic filter developed at IEAv.
102
Simulação e Avaliação da Radiação Cósmica
Equipe: Maurício T. Pazianotto 1,2, Adriane C. Mendes1, José Júlio de O. Pinto 1,2, Claudio A. Federico1*, Odair L. Gonçalez1*.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA;.
* [claudiofederico;odairl]@ieav.cta.br
Há um grande esforço em caracterizar o perfil de radiação cósmica secundária (RCS) na atmosfera dentro da Anomalia Magnética do Atlântico Sul. Usando simulações baseadas no método Monte Carlo, o grupo de pesquisa do LDA (Laboratório de Dosimetria Aeroespacial) utiliza os códigos computacionais MCNPX e Geant4 para gerar dados do espectro e distribuição angular da RCS na atmosfera, bem como a influência do campo magnético terrestre e clima espacial em altitudes de voo. Estão sendo desenvolvidos estudos detalhados de modelamento computacional de uma aeronave do tipo Learjet e de arranjos experimentais para testes de irradiação de dispositivos eletrônicos, utilizando o código MCNPX. Para o caso de aeronave, tem-se por finalidade determinar a
influência da aeronave no campo da RCS e identificar regiões que possuam maiores níveis de radiação secundária estimando a susceptibilidade à radiação para aviônicos, auxiliado pela caracterização dos efeitos da radiação descritos pelos arranjos para estes dispositivos e de satélites. Também são avaliados os efeitos da radiação na tripulação. Estes trabalhos estão no contexto dos projetos ERISA (Efeitos da Radiação Ionizante em Sistemas Aeroespaciais) e DRIEAB (Dosimetria da Radiação Ionizante no Espaço Aéreo Brasileiro) do IEAv.
Financiamento: CAPES, CNPq, FAPESP
Produção Científica Associada
PAZIANOTTO, M.T., et al. Determination of the cosmic-ray-induced neutron flux and ambient dose equivalent at flight altitude. Accepted for publication at IOP Proceedings, 2015.
PRADO, A. C. M. et al. Estudo de caso sobre o efeito da radiação cósmica em sistemas embarcados em aeronaves. Brazilian Journal of Radiation Sciences, v. 3, p. 1-22, 2015
PEREIRA JUNIOR, E. C. F. The Fast Neutron SEU Cross Section of a 4 Mb Sram Memory. International Nuclear Atlantic Conference. ISBN: 978-85-
99141-05-2.
Plataforma de propagação da radiação cósmica. Simulação computacional de uma aeronave e de um arranjo para teste de irradiação.
103
Simulations and Evaluation of the Cosmic Ray
Team: Maurício T. Pazianotto 1,2, Adriane C. Mendes1, José Júlio de O. Pinto 1,2, Claudio A. Federico1*, Odair L. Gonçalez1*.
1Institute for Advanced Studies – IEAv; 2Aeronautics Institute of Technology – ITA;.
* [claudiofederico;odairl]@ieav.cta.br
There is a great effort to determine the cosmic-ray-induced particles (CRIP) in the atmosphere in the South Atlantic Magnetic Anomaly. Using the simulations based on Monte Carlo method, the research group of LDA (Laboratory of Aerospace Dosimetry) is determining, by MCNPX and Geant4 computational codes, data of the spectra and angular distribution of the CRIP as also the influence of the Earth's Magnetic Field and Space Weather at flight altitude. Detailed studies are being made regarding computational modeling of a Learjet type aircraft and experimental arrangements for electronic devices irradiation by means of MCNPX code. In the case of aircraft is intended to determine the influence of the aircraft on the CRIP field and identifying regions that have
higher levels of secondary radiation, estimating the susceptibility to radiation for aircraft avionics, aided by the characterization of the effects of radiation by the arrangements described for devices used in aircraft and satellites. The effects of radiation on the aircrew members are also being evaluated. The results of these activities aid the ERISA (Efeitos da Radiação Ionizante em Sistemas Aeroespaciais) and DRIEAB (Dosimetria da Radiação Ionizante no Espaço Aéreo Brasileiro) projects from IEAv.
Funding support: CAPES, CNPq, FAPESP
Associated Scientific Production
PAZIANOTTO, M.T., et al. Determination of the cosmic-ray-induced neutron flux and ambient dose equivalent at flight altitude. Accepted for publication at IOP Proceedings, 2015.
PRADO, A. C. M. et al. Estudo de caso sobre o efeito da radiação cósmica em sistemas embarcados em aeronaves. Brazilian Journal of Radiation Sciences, v. 3, p. 1-22, 2015
PEREIRA JUNIOR, E. C. F. The Fast Neutron SEU Cross Section of a 4 Mb Sram Memory. International Nuclear Atlantic Conference. ISBN: 978-85-
99141-05-2.
Cosmic radiation atmospheric propagation platform. Computational simulation of an aircraft and an experimental irradiation test setup.
104
Técnicas de caracterização eletromagnética de materiais
Equipe: Antonio C. C. Migliano1,2, Vera L. O. de Brito1,2, Alan F. N. Boss1,2, Anderson K. Hirata1,2, Fábio R. Daró1,2, Glauco P. Zanella1,2, Leonardo V.
Lemos1,2, Mayara dos S. Amarante1,2, Rodrigo G. A. de Lima1,2
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA.
A resposta de materiais a ondas eletromagnéticas (EM) na faixa de frequência de RF e micro-ondas possibilita diversas aplicações em projetos de pesquisa e desenvolvimento de dispositivos eletrônicos, tais como sensores de presença de RF, Radome, absorvedores de micro-ondas e transdutores de corrente. Parte das pesquisas desenvolvidas no Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos tem como objetivo o estudo e desenvolvimento das técnicas aplicadas para se obter tais informações, como o método da
impedância, o método de Transmissão/Reflexão (T/R) e o método de sonda coaxial. O método de impedância em uma porta utiliza um analisador de impedância para medir a resistência (R) e reatância (X) do material em baixas frequências. Estas medidas permitem obter a permissividade elétrica (εr*) e a permeabilidade magnética (μr*) complexas relativas do material, que são parâmetros essenciais para o desenvolvimento dos dispositivos. No método de T/R, a amostra a ser avaliada é inserida em um segmento de linha de transmissão e, através de um analisador de redes vetorial, são obtidos os parâmetros de espalhamento (S11, S21, S12 e S22). Com base nestes parâmetros de espalhamento, calculam-se εr* e μr* do material. Para amostras liquidas ou semissólidas, utiliza-se o método de sonda coaxial, onde uma sonda é aproximada da superfície do material para medir S11 e através deste calcular εr* do material.
Financiamento: CAPES Pró-Estratégia nº 50/2011 - Proc. 2237; FAPESP- Proc. 01448-2/2012, CNPq proc. 141780/2011-8, FINEP proc. 01.12.0347.00 (0479/11) e proc. 01.13.0402.00 (0606/13); COMAER.
Produção Científica Associada
[1] Rodrigo G. A. de Lima, “Redução das incertezas em medidas de permeabilidade e permissividade complexas na faixa de 0,2 a 4 GHz em linhas coaxiais”, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, (2013).
Analisador de Redes Vetorial.
105
Techniques for electromagnetic characterization of materials
Staff: Antonio C. C. Migliano1,2, Vera L. O. de Brito1,2, Alan F. N. Boss1,2, Anderson K. Hirata1,2, Fábio R. Daró1,2, Glauco P. Zanella1,2, Leonardo V.
Lemos1,2, Mayara dos S. Amarante1,2, Rodrigo G. A. de Lima1,2
1Institute for Advanced Studies – IEAv; 2Aeronautics Institute of Technology – ITA.
The electromagnetic response of materials in the RF and microwave frequency ranges allows numerous applications in research projects and development of electronic devices, such as RF presence sensors, Radome, microwave absorbers and current transducers. Part of the research conducted on the Electromagnetic Systems Laboratory has as an objective to study and develop techniques to acquire such information, such as the impedance method, Transmission/Reflection method (T/R) and coaxial
probe method. The impedance method uses an impedance analyzer to measure the resistance (R) and reactance (X) of the material in lower frequencies. These measures allow us to calculate the relative complex permittivity (εr*) and permeability (μr*) of the material, which are parameters essential to devices development. On the T/R method, the sample is inserted on a transmission line segment and, through a vector network analyzer, the scattering parameters (S11, S21, S12 e S22) are obtained. Using those parameters, the sample εr* and μr*are calculated. For liquid and semisolid samples, the coaxial probe method is used, in which a probe is placed near the material surface to measure S11 and calculate the sample εr*.
Funding Support: CAPES Pró-Estratégia nº 50/2011 - Proc. 2237; FAPESP- Proc. 01448-2/2012, CNPq proc. 141780/2011-8, FINEP proc. 01.12.0347.00 (0479/11) e proc. 01.13.0402.00 (0606/13); COMAER.
Associated Scientific Production
[1] Rodrigo G. A. de Lima, “Redução das incertezas em medidas de permeabilidade e permissividade complexas na faixa de 0,2 a 4 GHz em linhas coaxiais”, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, (2013).
Vector network analyzer.
106
Estudo de modelo de avaliação de cobertura de sinal de um sistema de computação,
navegação e posicionamento por satélites Equipe: Diogo Maciel Almeida1,*, Maria José Pinto1, Mônica Maria De
Marchi1, Oswaldo Catsumi Imamura1.
1Instituto de Estudos Avançados - IEAv. *[email protected]
Esta atividade de pesquisa tem por objetivo propor um modelo para otimizar a cobertura fornecida por sistemas satelitais e apoiar o processo de tomada de decisão referente à escolha e classificação de sensores mais adequados em cenários de interesse. Esta escolha será baseada na capacidade dos sensores de visualizar e identificar alvos de interesse. Ao longo desta pesquisa foi implementado um algoritmo de simulação que permite modelar a largura potencial da cobertura de um sensor configurado em nadir ou em modo pointable off-nadir. Este algoritmo permite que, a partir de uma coordenada inicial conhecida do satélite e de algumas configurações básicas de
seu sensor e sua órbita, seja possível estimar as coordenadas de latitude e longitude na superfície da Terra que são visualizadas pelo sensor ao longo de sua trajetória. O resultado pode ser visualizado no software STK. Além disso, está sendo estudada a relação entre o resultado esperado da cobertura por satélite e o que pode ser obtido pelo trade-off entre a resolução temporal e a extensão da cobertura de uma área utilizando diferentes sensores.
Financiamento: CNPq (projeto 560305/2010-9)
Produção Científica Associada
[1] Diogo M. Almeida, Maria J. P. Lamosa, Mônica M. De Marchi, Oswaldo C. Imamura, "Estudo de modelo de avaliação de cobertura de sinal de um sistema de computação, navegação e posicionamento por satélites", WAI, São José dos Campos (2014).
[2] Maria J. Pinto, Mônica M. De Marchi, Diogo M. Almeida, Oswaldo C. Imamura, “Evaluation model for signal coverage assessment of satellite communication, navigation and positioning system”, INFORMS Annual Meeting, São Francisco (2014).
Trajetória de um satélite em órbita e as coordenadas visualizadas pelo sensor embarcado, através do STK.
107
Evaluation model for signal coverage assessment of satellite communication,
navigation and positioning system Staff: Diogo Maciel Almeida1,*, Maria José Pinto1, Mônica Maria De
Marchi1, Oswaldo Catsumi Imamura1.
1Institute for Advanced Studies – IEAv. *[email protected]
This research activity aims to propose a satellite system coverage optimization model and support the decision-making process related to choosing and classifying the most suited sensors in scenarios of interest. Choosing sensors is based on their ability to spot and identify the targets. Throughout this research, an implemented simulation algorithm models the potential swath width of a sensor set on nadir or pointable off-nadir mode. The algorithm enables the resolution of latitude and longitude coordinates on the Earth surface along the satellite track, based on an initially known satellite coordinate and some basic sensor and orbit settings. The result can be
viewed on the STK software. Additionally, it is being studied the relationship between the expected satellite coverage results and what can be obtained by trading off the temporal resolution and the coverage of the area using different sensors.
Funding support: CNPq (project 560305/2010-9)
Associated Scientific Production
[1] Diogo M. Almeida, Maria J. P. Lamosa, Mônica M. De Marchi, Oswaldo C. Imamura, " Evaluation model for signal coverage assessment of satellite communication, navigation and positioning system", WAI, São José dos Campos (2014).
[2] Maria J. Pinto, Mônica M. De Marchi, Diogo M. Almeida, Oswaldo C. Imamura, “Evaluation model for signal coverage assessment of satellite communication, navigation and positioning system”, INFORMS Annual Meeting, São Francisco (2014).
Orbiting satellite and its path coordinates being displayed by an embedded sensor in STK.
108
Análise de Cobertura e Problemas de Roteamento
Equipe: Maria José Pinto1,*, Felipe Leonardo Lôbo Medeiros1, Mônica Maria De Marchi1, Lucas Masiero da Silva2, João Gabriel Ulian2, Leonardo
Santos Cordeiro3.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Universidade Federal de São Paulo – UNIFESP; 3ETEP Faculdades.
Esta atividade busca aplicar conceitos e metodologias de Pesquisa Operacional para apoiar o processo de tomada de decisão em cenários complexos envolvendo uma grande variedade de informações e de entidades responsáveis pela tomada de decisão. São geradas métricas capazes de oferecer uma visão global do cenário e alternativas de forma a melhorar a consciência situacional das entidades envolvidas. Dentre os diversos problemas
que podem ser tratados dentro deste contexto, temos considerado o problema de roteamento buscando gerar rotas eficientes para otimizar a cobertura de uma determinada região. Os resultados tem sido aplicados em cenários de gerenciamento de crises e de vigilância do espaço aéreo e, mais especificamente, para atuação de VANTs, onde tem sido utilizadas diferentes metodologias de resolução como RRT (Rapidly-exploring Random Tree) e Transformada de Distância. Financiamento: FAPESP (temático FAPESP 10/10133-0), PIBIC/CNPQ, Projeto PITER.
Produção Científica Associada
[1] Maria J. Pinto, Mônica M. De Marchi, "Extending the Complexity of Covering-routing Problem considering Maximum Returns to Critical Areas", INFORMS Annual Meeting", San Francisco (2014). [2] Maria J. Pinto, Felipe L. L. Medeiros, Mônica M. De Marchi, "Transformada de Distância aplicada em cenários de vigilância aérea", SBPO, Porto de Galinhas (2015). [3] João G. Ulian, Maria J. Pinto, "Estudo e Adequação de Modelos Matemáticos de Roteamento e suas Extensões para tratar Cenários de Vigilância do Espaço Aéreo e de Gerenciamento de Crise", SCTI, São José dos Campos (2015). [4] Lucas M. Silva, Mônica M. De Marchi, Felipe L. L. Medeiros, "Planejamento Automático de Rotas de Navegação para VANTs Através de Árvores Aleatórias de Rápida Exploração E Modelos digitais de elevação", SBPO, Porto de Galinhas (2015). [5] Leonardo S. Cordeiro, Maria J. Pinto, Felipe L. L. Medeiros, "Transformada de Distância aplicada ao Planejamento de Rotas para VANTs", SCTI, São José dos Campos (2015).
Ilustração de um cenário contendo a atuação conjunta de diferentes sensores.
109
Coverage Analysis and Routing Problems Staff: Maria José Pinto1,*, Felipe Leonardo Lôbo Medeiros1, Mônica Maria
De Marchi1, Lucas Masiero da Silva2, João Gabriel Ulian2, Leonardo Santos Cordeiro3.
1Institute for Advanced Studies – IEAv; 2Federal University of São Paulo – UNIFESP; 3ETEP Colleges.
This activity aims to apply concepts and methodologies of Operations Research to support the decision-making process in complex scenarios involving a variety of information and entities responsible for the decision. Metrics are generated to offer a global view of the scenario and options to improve the situational awareness of the involved entities. Among the problems that can be treated in this context, the routing problem has been considered providing
efficient routes to optimize the coverage of a given region. The results have been applied to crisis management and surveillance of airspace scenarios and, more specifically, to the operation of UAVs, where different methodologies are being used to generate routes like RRT (Rapidly-exploring Random Tree) and Distance Transform methods.
Funding support: FAPESP (project 10/10133-0), PIBIC/CNPQ, Project PITER.
Associated Scientific Production
[1] Maria J. Pinto, Mônica M. De Marchi, "Extending the Complexity of Covering-routing Problem considering Maximum Returns to Critical Areas", INFORMS Annual Meeting", San Francisco (2014).
[2] Maria J. Pinto, Felipe L. L. Medeiros, Mônica M. De Marchi, "Transformada de Distância aplicada em cenários de vigilância aérea", SBPO, Porto de Galinhas (2015).
[3] João G. Ulian, Maria J. Pinto, "Estudo e Adequação de Modelos Matemáticos de Roteamento e suas Extensões para tratar Cenários de Vigilância do Espaço Aéreo e de Gerenciamento de Crise", SCTI, São José dos Campos (2015).
[4] Lucas M. Silva, Mônica M. De Marchi, Felipe L. L. Medeiros, "Planejamento Automático de Rotas de Navegação para VANTs Através de Árvores Aleatórias de Rápida Exploração E Modelos digitais de elevação", SBPO, Porto de Galinhas (2015).
[5] Leonardo S. Cordeiro, Maria J. Pinto, Felipe L. L. Medeiros, "Transformada de Distância aplicada ao Planejamento de Rotas para VANTs", SCTI, São José dos Campos (2015).
Illustration of a scenario considering the integrated operation of different sensors.
110
Redução da porosidade do Carbono Vítreo Fábio Dondeo1*, Júlia Arisseto2, André Garagorry2, Walter Miyakawa1,
Marcos Valentim1, Álvaro Damião1, Fernanda Lini3, Silvia Oishi4, Edson Botelho4.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Universidade Federal de São Paulo – São José dos Campos. 3Universidade Estadual de Maringá, 4Unesp
Guaratinguetá. *[email protected]
O Carbono Vítreo Monolítico (CVM) é um material que vem sendo estudado e produzido no IEAv há cerca de cinco anos, com o objetivo inicial de se produzir substratos para espelhos espaciais. Hoje, o seu interesse está focado no desenvolvimento de microestruturas de carbono. Ele se destaca por ter baixa densidade, condução de eletricidade, resistência a altas temperaturas, baixa reatividade química, entre outras. O CVM é obtido através da adição de
catalisador à resina rica em carbono para a sua polimerização. Em seguida, o material é carbonizado a 1000°C ou mais, para liberar gases voláteis, terminando com uma matriz quase pura de carbono. A macroporosidade do carbono vítreo é seu maior limitante, podendo gerar trincas nas amostras. No presente trabalho se estudou a influência de diferentes ácidos catalisadores (p-tolueno sulfônico, clorídrico, nítrico, sulfúrico, fosfórico, málico e oxálico), e com diferentes concentrações, na macroporosidade do CVM obtido a partir da resina furfurílica. Foi desenvolvida uma técnica de quantificação do grau de polimerização de uma resina usando a medição da sua transmissão óptica. Funding support: two scholarships PIBIC/IEAv (CNPq).
Produção Científica Associada
[1] Júlia Arisseto et. al. “Comparação da macroporosidade do carbono vítreo monolítico produzido com diferentes catalisadores”. Congress of Industrial Management and Aeronautical Technology, São José dos Campos (2014).
[2] Júlia Arisseto et al. “Macroporosity of Monolithic Vitreous Carbon prepared with different catalysts”. XIII Encontro do SBMAT, João Pessoa (2014).
[3] André Garagorry et al. “Análise da polimerização e porosidade de resina utilizando-se métodos ópticos”. Simpósio de Graduação da Unifesp, São Paulo (2014).
0
5
10
15
20
C. ZINCOMALICOSULFFOSFNITRICCLORIDPTLS
Fra
ção
de
po
ros
(%
)
Catalisador
Porosidade correspondente ao uso de diferentes catalisadores, com a mesma concentração.
111
Porosity Reduction of Vitreous Carbon Fábio Dondeo1*, Júlia Arisseto2, André Garagorry2, Walter Miyakawa1,
Marcos Valentim1, Álvaro Damião1, Fernanda Lini3, Silvia Oishi4, Edson Botelho4.
1Institute for Advanced Studies – IEAv; 2Federal University of São Paulo – São José dos Campos. 3State University of Maringa, 4Unesp Guaratinguetá.
The Monolithic Vitreous Carbon (MVC) has been studied and produced at IEAv, in the last five years, with the initial goal of producing substrates for space mirrors. Nowadays, its application is focused on the development of carbon microstructures. MVC stands out for having low density, electrical conduction, high temperature resistance, low chemical reactivity, among others. The MVC is obtained by the polymerization of a carbon
rich resin, mixed with catalyst. Then, the material is carbonized at 1000 °C (or more), ending with an almost pure carbon matrix. The macroporosity of the MVC, which is its greatest limiting, may originate cracks in the samples. At this work, we have been studied the influence of different catalysts acids (p-toluene sulfonic (PTLS), hydrochloric, nitric, sulfuric, phosphoric, malic and oxalic), and their concentrations, in the MVC macroporosity obtained from the furfuryl resin. It was developed a quantification technique of the polymerization degree of the resin using optical transmission. Funding support: two scholarships PIBIC/IEAv (CNPq).
Associated Scientific Production
[1] Júlia Arisseto et al. “Comparação da macroporosidade do carbono vítreo monolítico produzido com diferentes catalisadores”. Congress of Industrial Management and Aeronautical Technology, São José dos Campos (2014).
[2] Júlia Arisseto et al. “Macroporosity of Monolithic Vitreous Carbon prepared with different catalysts”. XIII Encontro do SBMAT, João Pessoa (2014).
[3] André Garagorry et al. “Análise da polimerização e porosidade de resina utilizando-se métodos ópticos”. Simpósio de Graduação da Unifesp (2014).
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5
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15
20
ZINC CHLMALICSULFPHOSPNITRICHYDROCPTLS
Po
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%)
Catalyst
Porosity corresponding to the use of different catalysts, with the same concentration.
112
Microusinagem a laser de carbono vítreo Fábio Dondeo1*, Alexandre Aumiller2, Ellen P. Borges2, Álvaro J. Damião,
Nicolau Rodrigues1, Emmanuela M. A. Sternberg1, Márcia Destro1
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Unifesp São José dos Campos. *[email protected]
Há cerca de 10 anos se tem estudado na Divisão de Fotônica/IEAv a formação de microrranhuras a laser, em Carbono Vítreo, para a obtenção de padrões de rugosidade. Seu uso é de interesse do Laboratório de Medições de Superfícies do IEAv para medições de Rugosidade. Inicialmente, as amostras eram doadas pelo IAE-DCTA. Atualmente o IEAv já domina todo o complexo ciclo de produção do Carbono Vítreo Monolítico. Diferentes fontes de laser e diversos tipos de mesas xy foram estudadas para a movimentação da amostra. Acima de 450°C, ocorre a reação do carbono vítreo com a atmosfera,
liberando CO2, havendo perda de massa e formação das microrranhuras. O aquecimento local gerado pelo laser foi empregado para a formação dessas microrranhuras. Foram estudadas a regularidade e a reprodutibilidade das microestruturas obtidas em função da potência do laser, taxa de repetição, e velocidade relativa de movimento da amostra em relação ao foco do laser. Além disso, foram feitas Simulações Computacionais para estimar o aquecimento gerado na superfície para diferentes variações temporais do pulso de laser.
Financiamento: uma bolsa IEAv/PIBIC (CNPq) em 2012 e outra em 2013.
Produção Científica Associada
[1] Alexandre Aumiller et al. “Vitreous Carbon Roughness Standards produced with UV Laser”: XIII SBPMAT, João Pessoa – PB (2014).
[2] Alexandre Aumiller et al. “Desenvolvimento de Padrões de Rugosidade de Carbono Vítreo Irradiados por Laser Pulsado Ultravioleta”: 1° Congress of Industrial Management and Aeronautical Technology, São José dos Campos (2014).
[3] Ellen P. Borges et al. “Simulação Computacional para o cálculo da temperatura de uma superfície irradiada a laser”. Simpósio da Graduação Unifesp, São Paulo (2014).
[4] Orientações das Iniciações Científicas de Alexandre Aumiller e de Ellen P. Borges.
Perfil 3D medido de ranhuras micrométricas, com diferentes profundidades, produzidas a laser em Carbono Vítreo.
113
Laser Micromachining of Vitreous Carbon Fábio Dondeo1*, Alexandre Aumiller2, Ellen P. Borges2, Álvaro J. Damião,
Nicolau Rodrigues1, Emmanuela M. A. Sternberg1, Márcia Destro1
1Institute for Advanced Studies – IEAv; 2Unifesp São José dos Campos. *[email protected]
In the last 10 years, the microgrooves formation mechanism in Monolithic Vitreous Carbon (MVC) using laser has been studied at Photonics Division/IEAv. Our Metrological Laboratory LMSO has interest on those microstructures to perform roughness measurements. In the beginning of the project, MVC samples were provided by the IAE-DCTA. Nowadays, our institute has developed the capacity to obtain MVC. Several laser sources and different XY tables were compared to execute the sample’s movement. Above 450°C, MVC reacts with atmospheric oxygen, forming
CO2, with weigh loss and microgrooves formation. The local heating generated by the absorbed laser was employed to cause this reaction. The regularity and reproducibility of the microgrooves were studied as a function of the laser power, repetition rate, relative velocity between the sample and the laser focus. Computational Simulations were also done to estimate the surface heating due to the laser sources.
Funding support: one scholarship IEAv/PIBIC (CNPq) in 2012, and another one in 2013.
Associated Scientific Production
[1] Alexandre Aumiller et. al. “Vitreous Carbon Roughness Standards produced with UV Laser”: XIII SBPMAT, João Pessoa - PB (2014).
[2] Alexandre Aumiller et. al “Desenvolvimento de Padrões de Rugosidade de Carbono Vítreo Irradiados por Laser Pulsado Ultravioleta”: 1° Congress of Industrial Management and Aeronautical Technology, São José dos Campos (2014).
[3] Ellen Borges et al. “Simulação Computacional para o cálculo da temperatura de uma superfície irradiada a laser”. Simpósio da Graduação Unifesp, São Paulo (2014).
[4] Mentorship of the undergraduated students Alexandre Aumiller and Ellen P. Borges.
3D profile of micrometric grooves using laser, with different depths, produced in Vitreous Carbon.
114
Modelos e Métricas de Avaliação de Capacidades
Equipe: Nilton de O. Lessa1,2,*, Osvaldo C. Imamura1, Mônica Maria De Marchi1.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA
Desde 2008, o planejamento das Forças Armadas pauta-se pelas diretrizes da Estratégia Nacional de Defesa, que trouxe consigo novos conceitos para as organizações militares brasileiras, com destaque para as orientações de estruturar seu potencial estratégico em torno de capacidades e de operação conjunta centrada-em-rede. Em especial, adotar o conceito de “capacidades” como base para planejamento e projeto de força implica uma mudança de paradigma, com uma abordagem de definição de necessidades de Defesa orientada a objetivos e à flexibilidade, em contraposição às tradicionais
formas de planejamento centradas em aquisição de plataformas/equipamentos, ou em adversários específicos, ou visando a atender um número restrito de possíveis cenários operacionais. A atividade de pesquisa “Capacidades e Métricas” visa ao desenvolvimento de modelos e métricas de avaliação que integrem uma metodologia de análise e tomada de decisão estratégico-operacional de Defesa baseada em uma visão sistêmica. O escopo desta atividade consiste em: (a) pesquisar abordagens sistêmicas para modelagem dos diferentes tipos de sistemas que constituem a Defesa Nacional, com diferentes visões, em diferentes níveis de decisão, envolvendo os elementos necessários para criar, de fato, uma capacidade; (b) pesquisar e desenvolver métricas que possibilitem uma avaliação objetiva que responda se uma Força Conjunta estará preparada para atender qualquer missão de sua responsabilidade quando e nas circunstâncias em que for exigida, especialmente, quando envolver a aplicação de poder aeroespacial.
Produção Científica Associada
[1] Estudo de Assunto Relevante da Aeronáutica (EARA): Planejamento de Força Baseado em Capacidades - Uma Visão Sistêmica. Curso de Política e Estratégia Aeroespaciais, ECEMAR (2014). Orientadores: Nilton O. Lessa; Marcelo Zawadzki.
[2] Nilton O. Lessa, "Proposta de modelo de avaliação de organizações e estruturas de defesa, baseado no conceito de capacidade”, Exame de Qualificação ao Doutorado, Instituto Tecnológico de Aeronáutica (2013).
Modelo conceitual básico a ser empregado como framework de avaliação
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Models and Metrics for Capabilities Assessment
Staff: Nilton de O. Lessa1,2,*, Osvaldo C. Imamura1, Mônica Maria De Marchi1.
1Institute for Advanced Studies – IEAv; 2Aeronautics Institute of Technology – ITA
Since 2008, Armed Forces planning is led by the guidelines of the National Defense Strategy, which brought along new concepts for the Brazilian military organizations, highlighting the guidelines to structure the strategic potential of the armed forces around capabilities and net-centric joint operations. In particular, adopting the concept of "capabilities" as the basis for planning and force project, implies a paradigm shift, with an approach of setting defense requirements oriented towards goals and flexibility, as opposed to traditional forms of planning focused on acquisition platforms / equipment, or specific
opponents, or in order to meet a limited number of possible operational scenarios. The research activity "Capabilities and Metrics" aims to develop models and metrics as part of an integrated methodology for strategic and operational analysis and decision making, based on systems thinking. The scope of this activity consists of: (a) investigating systemic approaches to modeling different types of systems that make up the National Defense, with different views at different levels of decision, involving the elements needed to create, in fact, a capability; (B) researching and developing metrics that enable an objective assessment of whether joint forces are prepared to meet any mission of their responsibility, whenever and whatever circumstances in which it is required, especially when it involves the application of aerospace power.
Associated Scientific Production
[1] Estudo de Assunto Relevante da Aeronáutica (EARA): Planejamento de Força Baseado em Capacidades - Uma Visão Sistêmica. Curso de Política e Estratégia Aeroespaciais, ECEMAR (2014). Orientadores: Nilton O. Lessa; Marcelo Zawadzki.
[2] Nilton O. Lessa, "Proposta de modelo de avaliação de organizações e estruturas de defesa, baseado no conceito de capacidade”. Exame de Qualificação ao Doutorado. Instituto Tecnológico de Aeronáutica (2013).
Basic conceptual model as a framework for capabilities-based assessment.
116
Nanopartículas aplicadas em Blindagens P. C. F. Menezes1,*, A. C. C. Migliano1,2, R. G. A. de Lima1,2, F. R. Daró1,2, A.
C. F. M. Costa3.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA; 3Universidade Federal de Campina Grande- UFCG;.
A Nanotecnologia já encontra aplicações em praticamente todos os setores industriais e tecnológicos. Estima-se que, de 2010 a 2015, o mercado mundial para materiais, produtos e processos industriais baseados na nanotecnologia será de um trilhão de dólares. As nanopartículas de ferritas NiZn, por ser um material magnético mole, apresenta alta permeabilidade inicial, baixo campo coercitivo (Hc ≤ 103 A/m), valores de magnetização de saturação elevados (90 emu/g) e baixas perdas por histerese, atingem uma magnetização de
saturação com aplicação de um campo magnético relativamente baixo, diante de tais características, estas nanopartículas foram utilizadas no desenvolvimento de mantas absorvedoras que atuam na faixa de frequências de 12 a 18 GHz. As nanopartículas de ferrita são tecnologicamente aplicadas em blindagem, sensores e carreadores de fármacos, pois são materiais capazes de apresentar bom índice de absorção, devido a sua alta permeabilidade magnética. A obtenção das nanopartículas por meio da síntese por reação de combustão promove um controle maior da microestrutura, elevando suas propriedades magnéticas e elétricas. Desta forma, para a produção das nanopartículas de ferritas com características excelentes, foi firmada a parceria entre os grupos de pesquisa de Síntese de Materiais Cerâmicos (LabSMaC)- UFCG e o grupo de eletromagnetismo e materiais do Instituto de Estudos Avançados (IEAv/DCTA)- ITA, a qual estabelece um desenvolvimento de inovações tecnológicas.
Financiamento: CAPES Pró-Estratégia 50/20111, proc. 2237; Chamada MCTI/CNPq/CT Aeronáutico/CT-Espacial 22/2013.
Produção Científica Associada
[1] Patrícia C. F. Menezes. “Desenvolvimento e Caracterização de Compósitos Absorvedores de Radiação Eletromagnética”, UFCG, (2015).
[2] G. P. Zanella, “Síntese de hexaferrita de Co-Ba para aplicações no encapsulamento de sensores e em RADOME na faixa de RF e micro-ondas”, ITA, (2013).
Figura 1-Nanopartículas da ferrita Ni0,5Zn0,5Fe2O4 obtida por reação de combustão.
117
Nanoparticles applied Shields P. C. F. Menezes1,*, A. C. C. Migliano1,2, R. G. A. de Lima1,2, F. R. Daró1,2, A.
C. F. M. Costa3. 1Institute for Advanced Studies – IEAv; 2 Aeronautics Institute of Technology –
ITA; 3Federal University of Campina Grande – UFCG. *[email protected]
Nanotechnology has already found applications in virtually all industrial and technological sectors. It is estimated that, from 2010 to 2015, the world market for materials, products and industrial processes based on nanotechnology will be a trillion dollars. Nanoparticles NiZn ferrites, as a soft magnetic material exhibits high initial permeability, low coercive field (Hc ≤ 103 A / m), high saturation magnetization values (90 emu / g) and low hysteresis losses, reach a saturation magnetization by applying a relatively low magnetic field, before such features, these nanoparticles were used in the development of
absorbing mats that operate in the range of 12-18 GHz. The ferrite nanoparticles are technologically applied in armor, sensors and carriers of drugs, because they are materials capable of exhibiting good absorption rate, due to its high magnetic permeability. Obtaining of nanoparticles by synthesis by combustion reaction promotes greater control of microstructure, raising their magnetic and electrical properties. Thus, for the production of ferrite nanoparticles with excellent features, was signed a partnership between the research groups Synthesis of Ceramic Materials (LabSMaC) - UFCG and electromagnetism group and materials Institute of Advanced Studies (IEAv / DCTA) - ITA, which establishes a development of technological innovations.
Funding support: CAPES Pró-Estratégia 50/20111, proc. 2237; Chamada MCTI/CNPq/CT Aeronáutico/CT-Espacial 22/2013.
Associated Scientific Production
[1] Patrícia C. F. Menezes. “Desenvolvimento e Caracterização de Compósitos Absorvedores de Radiação Eletromagnética”, UFCG, (2015).
[2] G. P. Zanella, “Síntese de hexaferrita de Co-Ba para aplicações no encapsulamento de sensores e em RADOME na faixa de RF e micro-ondas”, ITA, (2013).
Figure1- Ni0,5Zn0,5Fe2O4 ferrite nanoparticles obtained by combustion reaction.
118
Projeto PASIL – Resultados Espectroscópicos
Equipe: M. G. Destro1,2,*, N. A. S. Rodriques1,2, M. E. Sbampato1,2, J. W. Neri1,
R. Riva1,2, J. Jakutis Neto1, B. Christ1, Carlos Alberto B. da Silveira1, K. K. Yum1,
A. R. Victor2, L. F. N. Barreta2, P. Bueno2, E. M. A. Sternberg2, J. R. d Santos2
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA
Os elementos das terras raras (TR) possuem grandes interesses estratégicos, espe-cialmente nas suas aplicações na área de defesa, mesmo em sua composição natural. Estas aplicações incluem desde a confecção de turbinas e outros componentes de aeronaves até bateria de força de satélites e equipamentos optoeletrônicos, além de muitas outras aplicações. O trabalho desenvolvido no Projeto PASIL, no IEAv/DCTA, contribui para que o Brasil no futuro possa utilizar os TR enriquecidos em um de seus muitos isótopos, podendo aumentar a eficiência e a
sensibilidade dos dispositivos que os utilizem, agregando valor tecnológico ao minério de TR enriquecidos e aos dispositivos que os utilizam. Os resultados espectroscópicos obtidos no último ano foram: a conclusão e a disponibilização de todas as instalações de instrumentos dos laboratórios do PASIL; as identificações das excitações laser de múltiplos passos para o disprósio, além da determinação dos desvios isotópicos do neodímio e do disprósio; foi estudada também a ablação do molibdênio.
Financiamento: COMAER – DCTA, FUNCATE, CAPES, CNPq, FAPESP.
Produção Científica Associada
[1] Emmanuela M. A. Sternberg, Caracterização espectrosocópica de plasma de molibdênio gerado por ablação a laser em alvo metálico; Tese - ITA (2014).
[2] Marcelo G. Destro, Alessandro R. Victor, L. Felipe N. Barreta, Jhonatha. R. Santos, Patricia Bueno, "6o Encontro Nacional sobre Terras Raras", Recife (2014).
[3] Jhonatha R. Santos, solicitação de registro de um programa de computador, Analysis and Simulation of Atomic Spectra, Protocolo COMAER Nº 67780.002548/2014-39 de 09/12/2014 (DOI: 10.13140/2.1.2224.4643).
[4] Jhonatha R. Santos, Espectroscopia Atômica de Disprósio Visando ao Enriquecimento Isotópico a Laser, Dissertação - ITA (2015).
Detalhe do sistema de entrega do feixe de laser para realizar a espectroscopia optogalvânica – finalidade: medir desvios isotópicos.
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PASIL Project – Spectroscopy Results Staff: M. G. Destro1,2,*, N. A. S. Rodriques1,2, M. E. Sbampato1,2, J. W. Neri1,
R. Riva1,2, J. Jakutis Neto1, B. Christ1, C. A. B. da Silveira1, K. K. Yum1, A. R. Victor2,
L. F. N. Barreta2, P. Bueno2, E. M. A. Sternberg2, J. R. d Santos2 1Institute for Advanced Studies – IEAv; 2 Aeronautics Institute of Technology –
ITA *[email protected]
The rare earths elements (RE) have major strategic interests, especially on their applications in the defense area. These applications range from the manufacture of turbines and other aircraft components, power battery for satellites, optoelectronic devices and many other applications. The work developed on the PASIL Project, in the IEAv / DCTA, aims to provide to Brazil in the future, the capability to produce and use the enriched RE in one of their many isotopes. This can increase the efficiency and sensitivity of devices that use
them, adding technological value to the enriched RE source and to the devices produced with them. The spectroscopy results obtained last year conclude the equipments installation, now available for use in all the PASIL labs. It was obtained the multiple steps excitations for the dysprosium and also, the group has characterized the neodymium and dysprosium isotopic shifts, on the visible spectral region. Finally, it was studied the molybdenum ablation for isotope separation purposes.
Funding Support: COMAER – DCTA, FUNCATE, CAPES, CNPq, FAPESP.
Associated Scientific Production
[1] Emmanuela M. A. Sternberg, Caracterização espectrosocópica de plasma de molibdênio gerado por ablação a laser em alvo metálico; Tese - ITA (2014).
[2] Marcelo G. Destro, Alessandro R. Victor, L. Felipe N. Barreta, Jhonatha. R. Santos, Patricia Bueno, "6o Encontro Nacional sobre Terras Raras", Recife (2014).
[3] Jhonatha R. Santos et. al., solicitação de registro de um programa de computador, Analysis and Simulation of Atomic Spectra, Protocolo COMAER Nº 67780.002548/2014-39 de 09/12/2014 (DOI: 10.13140/2.1.2224.4643).
[4] Jhonatha R. Santos, Espectroscopia Atômica de Disprósio Visando ao Enriquecimento Isotópico a Laser, Dissertação - ITA (2015).
Details of the laser beam delivery system to perform the optogalvanic spectroscopy - goal: isotopic shift measurements.
120
Projeto PASIL – Geração de Vapor Atômico a Laser
Equipe: Jonas Jakutis Neto1,*, Benedito Christ1, Emmanuela Sternberg2, Nicolau A. S. Rodrigues2.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA
Atualmente existem diversas aplicações de vapor atômico gerado por ablação a laser, a citar: LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy), deposição de filmes finos, fonte para aceleradores lineares de partículas, separação de elementos e/ou isótopos e outras. Em todas essas aplicações, é necessário conhecer a dinâmica do jato atômico para fim de optimização dos processos. Entretanto, essa caracterização pode se tornar complexa uma vez aplicada para materiais com propriedades distintas. Um dos objetivos do Projeto PASIL é estudar a dinâmica do vapor, com foco específico na aplicação deste no processo atômico de separação isotópica (AVLIS – Atomic Vapor Laser Isotope Separation).
Os trabalhos realizados no Laboratório de Evaporação a Laser (LEF) do PASIL visam à caracterização de parâmetros como a temperatura do vapor, velocidade de deriva, distribuição de densidade das espécies geradas e distribuição espacial/propagação do vapor, em função dos parâmetros dos lasers utilizados. Dessa forma será possível controlar e adequar as características dos vapores gerados de diversos elementos apenas selecionando o tipo de laser, seu regime de operação e Óptica associada. Os elementos a serem estudados são as Terras Raras (TR) e o Molibdênio (Mo), devido às aplicações estratégicas de seus isótopos. Até o presente momento foram caracterizados alguns parâmetros do vapor atômico de molibdênio e do cobre, este último é utilizado apenas como material teste de novos sistemas de ablação. No futuro, o laboratório pretende explorar métodos de separação utilizando campos elétricos e/ou magnéticos e fotoionização seletiva a laser.
Financiamento: Comaer-DCTA, Funcate, CNPq, CAPES, FAPESP
Produção Científica Associada
[1] Nicolau A.S. Rodrigues, Benedito Christ, Emmanuela Sternberg, Jonas Jakutis Neto, “13
th Workshop on Separation Phenomena in Liquids and Gases,” Bariloche
(2015).
[2] Emmanuela Sternberg et al. “Excited States time evolution on a laser-ablated molybdenum plume,” Appl. Phys B 116(4), 985-989 (2014).
Foto de um vapor atômico
de Mo gerado por ablação a Laser
121
PASIL Project – Atomic Vapor Generation by Laser Ablation
Staff: Jonas Jakutis Neto1,*, Benedito Christ1, Emmanuela Sternberg2, Nicolau A. S. Rodrigues2
1Institute for Advanced Studies – IEAv; 2 Aeronautics Institute of Technology – ITA;
Nowadays there are several applications of the vapors generated by lasers, to cite: LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy), thin film deposition, source for linear particle accelerators, elemental and isotope separation and others to come. For all these applications, the understanding of the vapor dynamics is a requirement for the processes optimization. However, it becomes very complex when dealing with different material sources, with distinct properties. One objective of the PASIL project is to study the vapor dynamics, specifically looking at its use on Atomic Vapor Laser Isotope Separation (AVLIS). The research developed in the
PASIL’s Laser Evaporation Lab (LEF) aims the characterization of the vapor parameters such as temperature, drift velocity, generated species and their density distribution and spatial distribution/propagation, all as a function of the laser parameters. Given that, it is going to be possible to control and select the vapor characteristics for different elements only by choosing the laser, tuning its parameters and selecting the right optical system. The elements to be explored in the project are the Rare Earths (RE) and the Molybdenum (Mo), due to their isotopes strategical applications. So far, a few parameters from Mo and copper vapors were measured, with the copper being used only for new ablation system tests. In the near future, the Lab aims to explore separation methods using electric and/or magnetic fields and laser selective photoionization.
Funding support: Comaer-DCTA, Funcate, CNPq, CAPES, FAPESP
Associated Scientific Production
[1] Nicolau A.S. Rodrigues, Benedito Christ, Emmanuela Sternberg, Jonas Jakutis Neto, “13th Workshop on Separation Phenomena in Liquids and Gases,” Bariloche (2015).
[2] Emmanuela Sternberg et al. “Excited States time evolution on a laser-ablated molybdenum plume,” Appl. Phys B 116(4), 985-989 (2014).
Photo of a Mo Atomic vapor generated by laser ablation
122
Caracterização de Materiais e Blindagens Aeroespaciais
D. A. C. L Ronsó1,2,* , A. C. C. Migliano1,2
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA;
Cada material tem um conjunto único de características elétricas que dependem de sua propriedade dielétrica. O foco deste trabalho é a caracterização eletromagnética de cerâmicas para aplicação espacial Alguns fatores como acurácia, conveniências no setup e geometria do material são importantes no seleção da técnica de medição mais apropriada. Neste caso a escolha foi a técnica de caracterização no espaço livre, pois é uma técnica não destrutiva, sem contato com a amostra e boa quando a variação de temperatura é requerida.
A técnica de caracterização de materiais no espaço livre foi amplamente discutida e utilizada
desde a década de 80. Atualmente há novos estudos para fazê-la mais precisa e confiável. Quando a proposta é medir os Parâmetros de Espalhamento (Parâmetros-S) para determinar as propriedades eletromagnéticas de um material, é muitas vezes conveniente medir estes parâmetros no espaço livre. Isto é especialmente verdade para altas frequências por causa das dificuldades em fabricar amostras para os porta amostras dos métodos coaxial e retangular de ondas. O setup de medição consiste em duas antenas, um porta amostra entre elas e um analisador de redes vetorial. Uma vantagem de utilizar o método de caracterização no espaço livre é que pouca ou nenhuma preparação na amostra é requerida. O setup desenvolvido adota uma faixa de frequência de 8GHz à 12 GHz.
Neste sistema de medição é possível caracterizar radomes e realizar medidas de RCS (Radar Cross Section), estudos que serão desenvolvidos futuramente.
Produção Científica Associada
[1] Daniele Ronsó Lima, Cynyhia Junqueira, Mário Canto, Antônio Migliano. Accuracy of GRL Calibration Considering Time Domain Gating for the Calculation of Permittivity Parameter in Free Space Technique. IMOC. Submetido. Porto de Galinhas (2015).
Figura 1- Setup de caracterização de materiais no espaço livre.
123
Characterization of Aerospace Shielding and Materials
D. A. C. L Ronsó1,2,* , A. C. C. Migliano1,2
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA;
Every material has a unique set of electrical characteristics that are dependent on its dielectric properties. The focus of application of this work is electromagnetic characterization of ceramics for space applications.
Many factors such as accuracy, setup convenience, and the material’s shape and form are important in selecting the most appropriate measurement technique. In this case the choice was free space technique, because it’s noncontacting, nondestructive and better for flat and large samples, and when temperature variation measurement is required.
The materials characterization technique in free space was largely discussed and used since the 80s. Today there are new studies to make it more accurate and reliable. When the purpose of measuring the Scattering Parameters (S-parameters) is to determine the electromagnetic properties of a material, it is often convenient to measure the free-space s-parameters. This is especially true for high frequencies because of the difficulties of machining samples to fit into coaxial or waveguide sample holders.
A free-space fixture consists of two antennas and a means of supporting a sample material between them. An advantage of using a free-space fixture is that little or no sample preparation is required. The developed setup adopted frequency range between 8 GHz to 12 GHz. This setup enables the characterization of radomes and RCS (Radar Cross Section) measurements, that will be develop in the future.
Associated Scientific Production
[1] Daniele Ronsó Lima, Cynyhia Junqueira, Mário Canto, Antônio Migliano. Accuracy of GRL Calibration Considering Time Domain Gating for the Calculation of Permittivity Parameter in Free Space Technique. IMOC. Submetido. Porto de Galinhas (2015).
Figure 1- Setup of Electromagnétic Characterization in Free Space
124
Técnicas e Medições de Radiação Cósmica a bordo de Aeronaves
Equipe: M. A. B. Fortes1, H. F. S. Santos¹,2, M. A. Pereira1,3, H. H. C. Pereira1 , J. F. Cipeli1,4 , C. A. Federico1,*. G. C. Viegas5
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Universidade Paulista – UNIP; 3Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA; 4Universidade do Vale do Paraíba -
UniVaP; 5Instituto de Pesquisas e Ensaios em Voo - IPEV *[email protected]
Pesquisa e desenvolvimento voltados a aplicação de técnicas de medições de radiação são de grande interesse no segmento aeroespacial de forma a ser necessário o estudo de dose em tripulações e em sistemas aviônicos. O LDA desenvolve técnicas e efetua medições de radiação em voo objetivando o conhecimento do campo de radiação na atmosfera e a avaliação dos efeitos da radiação em tripulantes e em sistemas
aviônicos e eletrônicos. Estas medidas são feitas por meio de equipamentos diversos, tais como espectrômetro de LET, contador proporcional tecido equivalente (TEPC), dosímetros passivos baseados em dosímetros termoluminescentes, esferas dosimétricas e simulador antropomórfico (fantoma) e também a capacitação para simulação computacional do campo de radiação. As medidas experimentais estão sendo realizadas em parceria com o Instituto de Pesquisas e Ensaios em Voo (IPEV). As atividades do LDA também prestam apoio aos projetos de pesquisa ERISA, DRIEAB e CITAR.
Financiamento: CNPq e FINEP
Produção Científica Associada
SANTOS, H. F. S. et al. Estudo e caracterização do dosímetro de LiF:Mg,Cu,P para utilização em dosimetria aeronáutica. In: INTERNATIONAL JOINT CONFERENCE RADIO 2014, 2014, Gramado. Anais... Gramado: Sociedade Brasileira de Proteção Radiológica, 2014, 192-205p.
PEREIRA, M. A. et al. Avaliação da contribuição dos diferentes componentes da radiação cósmica atmosférica na dose em tripulações de aeronaves. Brazilian Journal of Radiation Sciences, v. 3, p. 01-19, 2015.
FORTES, M. A. et al. Ensaio de medição da Radiação Ionizante em Voo. In: Simpósio de Segurança em Voo, 8º, 2015, Instituto de Ensaio em Voo. Anais ..., São José dos Campos: 2015 (submetido).
Learjet, Fantoma Antropomórfico, FH-40, Liulin-6B e Hawk.
125
Methods and Measurements of Cosmic Radiation onboard Aircrafts
Staff: M. A. B. Fortes1, H. F. S. Santos¹,2, M. A. Pereira1,3, H. H. C. Pereira1 , J. F. Cipeli1,4 , C. A. Federico1,*., G. C. Viegas5
1Institute of Advanced Studies – IEAv; 2University Paulista – UNIP; 3Aeronautics Institute of Technology – ITA; 4 University of Vale do Paraíba - UniVaP; 5 Flight
Tests and Research Institute - IPEV * [email protected]
Research and applications of techniques and procedures for radiation measurements is most interest in aerospace fields like as dose research in aircrew and onboard systems. The LDA develop techniques and carries out radiation measurements in flight aimed at determining the radiation field in the atmosphere and the assessment of the effects of radiation on the crew and avionics systems and electronic. These measurements are made
through several types of equipments, as LET spectrometers, Tissue Equivalent Proportional Counter (TEPC), passive dosimeters based on thermoluminescent dosimeters, dosimetric spheres and anthropomorphic phantom and also the competence for computer simulation of the radiation field. The experiments are made in cooperation with the Flight Test and Research Institute The LDA activities also give support to the research projects ERISA, DRIEAB and CITAR.
Funding support: CNPq and FINEP
Associated Scientific Production SANTOS, H. F. S. et al. Estudo e caracterização do dosímetro de LiF:Mg,Cu,P para utilização em dosimetria aeronáutica. In: INTERNATIONAL JOINT CONFERENCE RADIO 2014, 2014, Gramado. Anais... Gramado: Sociedade
Brasileira de Proteção Radiológica, 2014, 192-205p.
PEREIRA, M. A. et al. Avaliação da contribuição dos diferentes componentes da radiação cósmica atmosférica na dose em tripulações de aeronaves. Brazilian Journal of Radiation Sciences, v. 3, p. 01-19, 2015.
FORTES, M. A. et al. Ensaio de medição da Radiação Ionizante em Voo. In: Simpósio de Segurança em Voo, 8º, 2015, Instituto de Ensaio em Voo. Anais ..., São José dos Campos: 2015 (approving).
Learjet, Anthropomorphic Phantom, FH-40, Liulin-6B e Hawk.
126
Efeitos da radiação cósmica na eletrônica Odair L. Gonçalez1,2, Rafael G. Vaz1, Evaldo C. F. Pereira Jr.1, Peterson R.
Agostinho1
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA;
Quando instrumentos eletrônicos são operados sob radiação ionizante, sofrem efeitos adversos em seu desempenho, resultante da interação da radiação com seus componentes básicos (transistores e diodos). Os circuitos eletrônicos que operam no espaço ou em altas altitudes na atmosfera, como em satélites e aeronaves, respectivamente, são continuamente atingidos por íons pesados e outras partículas ionizantes, que podem afetar o seu bom funcionamento. No espaço, esta radiação é a radiação cósmica primária, que consiste
principalmente de prótons e outros núcleos totalmente ionizados com alta energia cinética (até dezenas de GeV por nucleon), produzidos pelo sol e outros corpos celestes fora do nosso sistema solar. Ao atingir a Terra, uma porção da radiação penetra a atmosfera e produz um “chuveiro” de radiação secundária por meio de reações de fragmentação (spallation) com núcleos constituintes da atmosfera, gerando um “chuveiro” de radiação secundária que consiste em várias partículas elementares e fragmentos nucleares. Em altitudes de vôo de aeronaves modernas (10 a 20 km), o principal constituinte destas radiações chuveiro são nêutrons, que, ao atingir os circuitos eletrônicos, podem causar efeitos adversos sobre o seu funcionamento. A pesquisa nesta área é realizada nos laboratórios de Radiação Ionizante (LRI) e de Dosimetria Aeroespacial (LDA), do Instituto de Estudos Avançados (IEAv).
Financiamento: FINEP, CNPq, CAPES
Produção Científica Associada
[1] Rafael G. Vaz, Odair L. Gonçalez, Gilson I. Wirth, “ A platform for TID testing of diodes and transistors”, Proc of 2013 INAC International Nuclear Atlantic Conference, nov, 24-29 2013, Recife (ISBN 978-85-99141-05-2)).
[2] Odair L. Gonçalez, Evaldo C. F. Pereira Junior, Rafael G. Vaz, Marlon A. Pereira, Gilson I. Wirth, Thiago H. Both, “Measurements of radiation effects on a 4 Mb PSRAM memory”, AIP Conference Proceedings 1625, 97 (2014); doi: 10.1063/1.4901771.
Ilustração de um chuveiro de radiação cósmica secundária na atmosfera
127
Cosmic radiation effects in electronics Odair L. Gonçalez1,2, Rafael G. Vaz1, Evaldo C. F. Pereira Jr.1, Peterson R.
Agostinho1
1Institute for Advanced Studies – IEAv; 2 Aeronautics Institute of Technology – ITA; *[email protected]
When electronic instruments are operated under ionizing radiation, they suffer adverse effects in their performance, resulting from radiation interaction with their basic components (transistors and diodes). Electronic circuits operating in space or at high altitudes in the atmosphere, such as in satellites and aircrafts, respectively, are continuously hit by heavy ions and other ionizing particles that can affect their proper operation. In space, this radiation is the primary cosmic radiation, consisting mainly of
protons and other nuclei fully ionized with high kinetic energy (up to tens of GeV per nucleon), produced by the sun and other celestial bodies outside our solar system. On reaching Earth, a portion of this radiation penetrates into the atmosphere and produces showers of secondary radiation by means of spallation reactions with nuclei constituents of the atmosphere, generating a shower of secondary radiation consisting of several elementary particles and nuclei fragments. In flight altitudes of modern aircrafts (10 to 20 km) the main constituent of these shower radiations are neutrons, which, upon reaching the electronic circuits, can cause adverse effects on their functioning. The research on this subject is carried out in the laboratories of Ionizing Radiation (LRI) and Aerospace Dosimetry (LDA) of the Institute for Advanced Studies (IEAv).
Funding support: FINEP, CNPq, CAPES
Associated Scientific Production
[1] Rafael G. Vaz, Odair L. Gonçalez, Gilson I. Wirth, “ A platform for TID testing of diodes and transistors”, Proc of 2013 INAC International Nuclear Atlantic Conference, nov, 24-29 2013, Recife (ISBN 978-85-99141-05-2)).
[2] Odair L. Gonçalez, Evaldo C. F. Pereira Junior, Rafael G. Vaz, Marlon A. Pereira, Gilson I. Wirth, Thiago H. Both, “Measurements of radiation effects on a 4 Mb PSRAM memory”, AIP Conference Proceedings 1625, 97 (2014); doi: 10.1063/1.4901771.
Illustration of a radiation shower in the atmosphere
128
Estudo da Combustão de Biocombustíveis Equipe: Ana Elidia Oliveira Ferraz1,3, Caroline Faria Nunes1,4, Leda Marise
Vialta1,5, Lincoln Tolomelli e Tolomelli1,2, Luiz G. Barreta1, Dermeval Carinhana Jr.1*
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA; 3Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá – UNESP; Universidade do Vale do Paraíba – UNIVAP; Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP.
Um dos biocombustíveis mais promissores para uso no setor aeroespacial é o hidrocarboneto de origem vegetal chamado Farnesano, também conhecido como bioquerosene. Desde meados de 2012, por exemplo, aviões utilizam cerca de 10% desses quaisquer alterações no desempenho dos motores tenham sido observadas. Em conjunto com bioquerosene, o IEAv também tem se dedicado à caracterização dos processos de combustão do biodiesel, em particular ao estudo da formação de fuligem utilizando métodos não-intrusivos de
diagnóstico. Esses estudos constituem um desdobramento natural dos trabalhos envolvendo o diagnóstico de combustão em andamento no IEAv desde o início dos anos 2000. As principais técnicas utilizadas são a espectroscopia de emissão natural, a fluorescência induzida por laser, conhecida pela sigla em inglês LIF, a incandescência induzida por laser, LII, e espalhamento Rayleigh. Além da temperatura das chamas, o conjunto de técnicas tem permitido a investigação de parâmetros importantes em um processo de queima, como as taxas de formação de fuligem. No curto e médio prazo, espera-se ainda o uso das técnicas de diagnóstico no estudo da combustão supersônica nos projetos associados ao desenvolvimento de Scramjets no IEAv.
Financiamento: Projeto HIPERVEL, Convênio FINEP 0.1.11.0069.00. COMAER (Auxílio a Estudantes), CNPq Projeto 482998/2012.
Produção Científica Associada
[1] Ana Elidia Oliveira Ferraz, “Termometria em chamas utilizando a técnica de espalhamento Rayleigh ", Programa de Iniciação Científica IEAv/CNPq. Em andamento.
[2] Caroline Faria Nunes, “Estudo da distribuição de fuligem ao longo de uma chama difusiva De GLP", Projeto ProHiper (Auxílio a estudantes). Em andamento.
[3] Leda Marise Vialta, “Caracterização de chamas de Bioquerosene para aplicações em Scramjets”, Programa de Iniciação Científica IEAv/CNPq. Em andamento.
Mapeamento de fuligem em chama de biodiesel
129
Study of Combustion of Biofuels Staff: Ana Elidia Oliveira Ferraz1,3, Caroline Faria Nunes1,4, Leda Marise
Vialta1,5, Lincoln Tolomelli e Tolomelli1,2, Luiz G. Barreta1, Dermeval Carinhana Jr.1*
1 Institute for Advanced Studies – IEAv; 2 Aeronautics Institute of Technology – ITA;
3 Faculty of Engineering at Guaratingueta – UNESP; 4 University of Paraiba Valley – UNIVAP; 5 State University of Campinas – UNICAMP.
One of the most promising biofuels for use in the aerospace industry is the hydrocarbon of vegetable origin called Farnesano, also known as Biokerosene. Since mid-2012, for example, aircrafts use about 10% of biofuel in their tanks without changes in engine performance have been observed. Together with Biokerosene, the IEAv also has been devoted to the characterization of Biodiesel combustion processes, in particular the study of soot formation using non-intrusive methods of diagnosis. These studies are a natural extension
of the work involving the combustion diagnostics in progress in IEAv since the early 2000. The main techniques used are the natural emission spectroscopy, laser induced fluorescence, LIF, laser induced incandescence, LII and Rayleigh scattering. Besides the determination of the temperature of flames, the set of techniques has allowed the investigation of important parameters of combustion processes, such as soot formation rates. In the short and medium term, it is expected the use of these diagnostic techniques in the study of supersonic combustion in projects associated with the development of Scramjets in IEAv.
Funding support: HIPERVEL Project, Convenant FINEP 0.1.11.0069.00. COMAER (Student fellowship), CNPq Project 482998/2012.
Associated Scientific Production
[1] Ana Elidia Oliveira Ferraz, “Thermometry of flames using Rayleigh Scattering Technique", IEAv/CNPq Scientific Initiation Program. In progress.
[2] Caroline Faria Nunes, “Study of soot distribution along diffusive flames of LPG", ProHiper Project (Student Fellowship). In progress.
[3] Leda Marise Vialta, “Characterization of Biokerosene Flames for Application in Scramjets”, IEAv/CNPq Scientific Initiation Program. In progress.
Soot mapping in biodiesel flame
130
Cerâmicas eletrônicas para encapsulamento de sensores e RADOME na faixa de RF e
Micro-ondas Equipe: Antonio C. C. Migliano1,2,*, Vera L. O. de Brito1,2, Francisco E.
Carvalho1,2, Fábio R. Daró1,2, Glauco P. Zanella1,2, Leonardo V. Lemos1,2, Rodrigo G. A. de Lima1,2, Anderson K. Hirata1,2, Mayara dos S.
Amarante1,2 1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2 Instituto Tecnológico de Aeronáutica
– ITA
O estudo das propriedades eletromagnéticas dos materiais nas faixas de radiofrequência (RF) e de micro-ondas possui grande importância acadêmica e tecnológica. As técnicas empregadas nas medidas dessas propriedades, que podem ser macroscópicas ou microscópicas, são importantes nas pesquisas de materiais, principalmente no desenvolvimento de compósitos e estruturas funcionais que absorvam o espalhamento eletromagnético ou que promovam o isolamento térmico de sensores e dispositivos sob alta temperatura, garantindo a integridade
de suas propriedades eletromagnéticas (RADOME). A fim de atender requisitos importantes para aplicações nos setores civis e militares, o desenvolvimento de circuitos eletrônicos requer o conhecimento preciso das propriedades constitutivas dos materiais. O Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos e o Laboratório de Materiais Eletromagnéticos do IEAv realizam o desenvolvimento, a caracterização e a extração de propriedades necessárias para uma determinada aplicação aeroespacial, de cerâmicas eletrônicas. Foram realizados trabalhos com ferrita de cobalto e cerâmicas BaM.
Financiamento: CAPES Projeto Pró-Estratégia nº 50/2011 - Proc. 2237 e
pelas bolsas (2,3); à FAPESP pelo projeto nº Proc. 01448-2/2012; à FINEP pelo projeto nº proc. 01.12.0347.00 (0479/11) e nº proc. 01.13.0402.00 (0606/13) e à COMAER.
Produção Científica Associada:
[1] Glauco P. Zanella, “Ferrita de Cobalto Bário Para Aplicação No Encapsulamento De Sensores em RF e Micro-Ondas”, ITA, (2013).
[2] Stephanie A. Cunha, “Análises microestrutural e eletromagnética de cerâmicas BaM com aplicações em RADOME”, ITA, (2014).
Microestrutura (a) Co2Z, (b) e (c) CuxCo1-xFe2O4 e (d) Ni0,3Zn0,7Fe2O4.
131
Electronic Ceramics for Encapsulation of Sensors and RADOME in the RF and
Microwave Staff: Antonio C. C. Migliano1,2,*, Vera L. O. de Brito1,2, Francisco E.
Carvalho1,2, Fábio R. Daró1,2, Glauco P. Zanella1,2, Leonardo V. Lemos1,2, Rodrigo G. A. de Lima1,2, Anderson K. Hirata1,2, Mayara dos S.
Amarante1,2 1 Institute for Advanced Studies – IEAv; 2 Aeronautics Institute of Technology -
ITA *[email protected]
The study of electromagnetic properties of the materials in the radio frequency bands (RF) and microwave has great academic and technological importance. The techniques employed in the measurements of these properties, which can be macroscopic or microscopic, are important in materials research, especially in the development of structural and functional composites to absorb the electromagnetic scattering or promoting the thermal insulation of sensors and devices under high temperature, keeping the integrity of their electromagnetic properties
(RADOMEs). In order to meet important requirements for applications in civil and military sectors, the development of electronic circuits requires precise knowledge of the constitutive properties of materials. The Laboratory of the Electromagnetic Systems and the Laboratory of Electromagnetic Materials IEAv perform the development, characterization and extraction of necessary properties for a particular aerospace application using electronic ceramics. Work was carried out with Cobalt Ferrite and BaM ceramics.
Funding Support: CAPES Pró-Estratégia nº 50/2011 - Proc. 2237 e pelas bolsas (2,3); à FAPESP pelo projeto nº Proc. 01448-2/2012; à FINEP pelo projeto nº proc. 01.12.0347.00 (0479/11) e nº proc. 01.13.0402.00 (0606/13) e à COMAER.
Associated Scientific Production:
[1] Glauco P. Zanella, “Ferrita de Cobalto Bário Para Aplicação No Encapsulamento De Sensores em RF e Micro-Ondas”, ITA, (2013).
[2] Stephanie A. Cunha, “Análises microestrutural e eletromagnética de cerâmicas BaM com aplicações em RADOME”, ITA, (2014).
Microstructure (a) Co2Z, (b) e (c) CuxCo1-xFe2O4 e (d) Ni0,3Zn0,7Fe2O4.
132
Projeto 14-X S Equipe: Paulo G. P. Toro1,*, Israel S. Rêgo1, Giannino P. Camillo1, Thiago
L. Assunção1, Matheus T. A. Silva1, Norton D. V. Assis1, Marcos Z. J. Ferreira1, Bruno F. Porto1, Francisco D. Rocamora Junior1, Alexandre K.
Carvalhal2, Bruno L. Coelho2, Felipe J. Costa2, Patricia C. Teixeira2, Iván F. R. Barón2, Jayme R. T. Silva2, João F. A. Martos2, Renan G. S. Vilela2,
Ronaldo L. Cardoso2, Sergio N. P. Laitón2, Victor A. B.Galvão2,3, Thiago V. C. Marcos3
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA; 3Fundação de Ciências e Tecnologias Espaciais– FUNCATE
O projeto do Demonstrador Tecnológico “scramjet” 14-X S, iniciado em 2012, tem o objetivo de demonstrar a tecnologia “scramjet” a 30 km de altitude com número de Mach 7. A análise teórica da aerodinâmica, aquecimento aerodinâmico [1] e o desempenho [2] do 14-X B foram base para a investigação experimental no Túnel de Choque Hipersônico T3 [3], da simulação numérica, da análise teórica em ângulo de ataque [4] e da análise de estabilidade e controle [5]. Ainda, a Pesquisa no 14-X B possibilitou o projeto aerodinâmico e da análise estrutural do protótipo 14-X S de voo.
Financiamento: DCTA, FINEP, FAPESP, AEB.
Produção Científica Associada
[1] Thiago L. Assunção. “Determinação Analítica do Aquecimento Aerodinâmico do
Veículo Hipersônico Aeroespacial 14-X B”. Dissertação Mestrado. Instituto Tecnológico de Aeronáutica (2014).
[2] Patricia C. Teixeira. “Análise de Desempenho do Veículo Hipersônico Aeroespacial 14-XB”. Dissertação Mestrado. Instituto Tecnológico de Aeronáutica (2015).
[3] João F. A. Martos. “Investigação Experimental do Veículo Hipersônico Aeroespacial 14-XB”. Dissertação Mestrado. Universidade Federal do ABC (2014).
[4] Sergio N. P. Laintón. “Estudo Analítico do Veículo Hipersônico Aeroespacial 14-X B em ângulo de ataque”. Dissertação Mestrado. Instituto Tecnológico de Aeronáutica (a ser apresentada).
[5] Gianinno P. Camillo. “Longitutinal Stability Analysis and Control of an Airbreathing Hypersonic Vehicle”. Dissertação Mestrado. Instituto Tecnológico de Aeronáutica (2014).
Projeto aerodinâmico, estrutural e térmico e de manufatura do 14-X S
133
14-X S Research Project Staff: Paulo G. P. Toro1,*, Israel S. Rêgo1, Giannino P. Camillo1, Thiago L.
Assunção1, Matheus T. A. Silva1, Norton D. V. Assis1, Marcos Z. J. Ferreira1, Bruno F. Porto1, Francisco D. Rocamora Junior1, Alexandre K.
Carvalhal2, Bruno L. Coelho2, Felipe J. Costa2, Patricia C. Teixeira2, Iván F. R. Barón2, Jayme R. T. Silva2, João F. A. Martos2, Renan G. S. Vilela2,
Ronaldo L. Cardoso2, Sergio N. P. Laitón2, Victor A. B.Galvão2,3, Thiago V. C. Marcos3
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA; 3Fundação de Ciências e Tecnologias Espaciais– FUNCATE
The 14-X S scramjet technological demonstrator project, initiated in 2012, aiming to demonstrate the scramjet concept in flight at 30 km of altitude and at Mach number 7. Theoretical studies of aerodynamic, aerothermodynamic heating analysis [1], and analytical studies of the performance of 14-X B flight [2], were basis for hypersonic ground-tests [3], computational flow simulations, analysis with angles of attack [4] and flight stability and control [5]. Also, the research in the 14-X B allowed the aerothermodynamic design and the structural analysis of the flight model.
Funding support: DCTA, FINEP, FAPESP, AEB.
Associated Scientific Production
[1] Thiago L. Assunção. “Determinação Analítica do Aquecimento Aerodinâmico do Veículo Hipersônico Aeroespacial 14-X B”.
Dissertação Mestrado. Instituto Tecnológico de Aeronáutica (2014).
[2] Patricia C. Teixeira. “Análise de Desempenho do Veículo Hipersônico Aeroespacial 14-XB”. Dissertação Mestrado. Instituto Tecnológico de Aeronáutica (2015).
[3] João F. A. Martos. “Investigação Experimental do Veículo Hipersônico Aeroespacial 14-XB”. Dissertação Mestrado. Universidade Federal do ABC (2014).
[4] Sergio N. P. Laintón. “Estudo Analítico do Veículo Hipersônico Aeroespacial 14-X B em ângulo de ataque”. Dissertação Mestrado. Instituto Tecnológico de Aeronáutica (a ser apresentada).
[5] Gianinno P. Camillo. “Longitutinal Stability Analysis and Control of an Airbreathing Hypersonic Vehicle”. Dissertação Mestrado. Instituto Tecnológico de Aeronáutica (2014).
Aerodynamic, structural and
thermal design and manufacture
of 14-X S
134
Projeto 14-X “waverider” Equipe: Paulo G. P. Toro1,*, Tiago C. Rolim1, Giannino P. Camillo1, Thiago L. Assunção1, Matheus T. A. Silva1, Felipe J. Costa2, Renan G. S. Vilela2,
Victor A. B. Galvão2,3, Thiago V. C. Marcos3, David Romanelli Pinto4, Marco A. S. Minucci5
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA; 3Fundação de Ciências e Tecnologias Espaciais– FUNCATE; 4ETEP
Faculdades; 5Cel Eng da reserva *[email protected]
A concepção do Demonstrador Tecnológico “scramjet” 14-X “waverider” foi feita pelo então Ten Cel Eng Marco Antonio Sala Minucci, em 2007. O 14-X “waverider” foi projetado, pelo então 1º Ten Eng Tiago Cavalcanti Rolim, para demonstrar a sustentação da configuração “waverider” e o sistema de propulsão aspirada baseada em combustão supersônica, em voo atmosférico a 30 km de altitude e número de Mach 10. Rolim [1] e Romanelli Pinto et al. [2] realizaram a investigação experimental, no Túnel de Choque Hipersônico T3, das configurações
“waverider” e “scramjet”, respectivamente. Costa [3] desenvolveu o projeto mecânico não só do modelo de ensaio no Túnel T3, e do protótipo de voo atmosférico, mas também a análise estrutural e a térmica do 14-X “waverider” [4]. Assunção [5] desenvolveu a estimativa do aquecimento aerodinâmico do 14-X “waverider”.
Financiamento: DCTA, FINEP, FAPESP, AEB.
Produção Científica Associada
[1] Tiago C. Rolim, “Experimental Analysis of a Hypersonic Waverider.” Dissertação de Mestrado. Instituto Tecnológico de Aeronáutica (2009).
[2] David Romanelli Pinto, Carlos E. O. Silva; Sidney B. Cruzelles; Victor. A. B. Galvão; Thiago V. C. Marcos, Giannino P. Camillo, Paulo G. P. Toro. “22nd International Congress of Mechanical Engineering”, Ribeirão Preto (2013).
[3] Felipe J. Costa, “Projeto Dimensional para Manufatura do Veículo Hipersônico Aeroespacial 14-X”. Trabalho de Graduação. FATEC de São José
dos Campos (2012).
[4] Felipe J. Costa, “Thermo-Structural Analysis of the Brazilian 14-X Hypersonic Aerospace Vehicle”. Dissertação de Mestrado. Instituto Tecnológico de Aeronáutica (2014).
[5] Thiago, L. Assunção; Paulo G. P. Toro, “14th Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering”, Natal, (2012).
Projeto aerodinâmico, estrutural e térmico e de manufatura do 14-X “waverider”
135
14-X “Waverider” Project Staff: Paulo G. P. Toro1,*, Tiago C. Rolim1, Giannino P. Camillo1, Thiago L.
Assunção1, Matheus T. A. Silva1, Felipe J. Costa2, Renan G. S. Vilela2, Victor A. B. Galvão2,3, Thiago V. C. Marcos3, David Romanelli Pinto4, Marco
A. S. Minucci5
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA; 3Fundação de Ciências e Tecnologias Espaciais– FUNCATE; 4ETEP
Faculdades; 5Cel Eng da reserva *[email protected]
The concept of the waverider scramjet technological demonstrator was done by the former colonel Minucci, in 2007. The 14-X "waverider" model was designed by Rolim [1] to demonstrate in flight both hypersonic lift and the airbreathing propulsion system based on the supersonic combustion operating at 30 km of altitude and Mach number 10. Rolim [1] and Romanelli et al. [2] carried out experimental investigation at the IEAv Hypersonic Shock Tunnel, named T3, on the both "waverider" and scramjet configurations. Costa [3] developed not
only the mechanical design of both laboratory and flight models, but also the thermal-structural analysis of the flight test bed. Assunção [5] developed a model to estimate the thermal load on the 14-X "waverider".
Funding support: DCTA, FINEP, FAPESP, AEB, CNPq, CAPES.
Associated Scientific Production
[1] Tiago C. Rolim, “Experimental Analysis of a Hypersonic Waverider.” Dissertação de Mestrado. Instituto Tecnológico de Aeronáutica (2009).
[2] David Romanelli Pinto, Carlos E. O. Silva; Sidney B. Cruzelles; Victor. A. B. Galvão; Thiago V. C. Marcos, Giannino P. Camillo, Paulo G. P. Toro. “22nd International Congress of Mechanical Engineering”, Ribeirão Preto (2013).
[3] Felipe J. Costa, “Projeto Dimensional para Manufatura do Veículo Hipersônico Aeroespacial 14-X”. Trabalho de Graduação. FATEC de São José
dos Campos: Professor Jessen Vidal (2012).
[4] Felipe J. Costa, “Thermo-Structural Analysis of the Brazilian 14-X Hypersonic Aerospace Vehicle”. Dissertação de Mestrado. Instituto Tecnológico de Aeronáutica (2014).
[5] Thiago, L. Assunção; Paulo G. P. Toro, “14th Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering”, Natal, (2012).
Aerodynamic, structural and thermal design and manufacture of 14-X S
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Tratamentos Termoquímicos a Plasma Vladimir H.B. Scheid1,*, Antônio J. Abdalla1, Walter Miyakawa1, Andreia
S.M. Cardoso2.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA.
No laboratório de Tratamento e Análise de Superfícies da divisão de fotônica do IEAv, em parceiras com outros laboratórios e instituições, estão sendo desenvolvidas tecnologias de tratamento de superfícies assistidas por plasma e técnicas espectroscópicas para análise de superfícies. Dentro dessa linha de pesquisa os trabalhos visam adquirir competência na área, contribuir para a formação de pessoal e desenvolver processos e equipamentos. No último biênio as principais atividades realizadas foram: estudo da influência de tratamentos termoquímicos a plasma, em especial da
nitretação, na microestrutura, resistência mecânica e resistência à corrosão de aços AISI 4340, 300M, maraging e F138; desenvolvimento de técnica para análise da composição química de materiais (material base e superfície) baseada em espectrometria de emissão óptica em descarga luminescente; desenvolvimento de tratamentos duplex envolvendo processos termoquímicos a plasma e recobrimentos por meio de deposição física de vapor (PVD).
Financiamento: CAPES, CNPq.
Produção Científica Associada
[1] A.S.M. Cardoso, A.J. Abdalla, M.S.F. Lima, V.H.B. Scheid, "Tratamento térmico e de superfície dos aços 4340 e 300M após soldagem a laser," Rev. Bras. Apl. Vac., vol. 34, 5-13 (2015).
[2] S. Lobardo, R.N. Ferreira, L.A.S. Santos, V.H.B. Scheid, A.J. Abdalla, “21 Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciências dos Materias – CBECIMAT”, Cuiabá (2014).
[3] S.M. Rovetta, A.J. Abdalla, V.H.B. Scheid, W. Miyakawa, “Fungi influenced corrosion on nitrocarburized multiphase 4340 steel”, Rev. Bras. Apl. Vac., v. 32, 7-11 (2014)
Nitretação a plasma de amostras para ensaios mecânicos.
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Plasma Thermochemical Treatments Vladimir H.B. Scheid1,*, Antônio J. Abdalla1, Walter Miyakawa1, Andreia
S.M. Cardoso2.
1Institue of Advanced Studies – IEAv; 2 Aeronautics Institute of Technology – ITA.
In the Surface Treatment and Analysis Laboratory of IEAv, in association with other laboratories and institutions, are being developed plasma assisted surface treatments and spectroscopic techniques for surface analysis. The aim of the works is to acquire technological knowhow, form qualified graduated students and develop processes and equipments. In the last two years the main activities concerns: study of the influence of plasma thermochemical treatments, e.g. nitriding, on the microstructure, mechanical and corrosion resistance of AISI 4340, 300M, maraging and
F138 steels; development of technique for compositional analysis of materials (bulk and surface) based on glow discharge optical emission spectrometry; development of duplex processes of plasma thermochemical treatments and physical vapor deposition coatings (PVD).
Funding: CAPES, CNPq.
Associated Scientific Production
[1] A.S.M. Cardoso, A.J. Abdalla, M.S.F. Lima, V.H.B. Scheid, "Tratamento térmico e de superfície dos aços 4340 e 300M após soldagem a laser," Rev. Bras. Apl. Vac., vol. 34, 5-13 (2015).
[2] S. Lobardo, R.N. Ferreira, L.A.S. Santos, V.H.B. Scheid, A.J. Abdalla, “21 Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciências dos Materias – CBECIMAT”, Cuiabá (2014).
[3] S.M. Rovetta, A.J. Abdalla, V.H.B. Scheid, W. Miyakawa, “Fungi influenced corrosion on nitrocarburized multiphase 4340 steel”, Rev. Bras. Apl. Vac., v. 32, 7-11 (2014)
Plasma nitriding of samples for mechanical tests.
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Caracterização de Câmeras de Imageamento Equipe: Alvaro J. Damião 1,*, Ruy M. Castro 1, Francisco S. Neto 1, Geraldo
M. L. Filho1,2, Robert C. F. Almeida1,2.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA;
* [email protected] A detecção, o reconhecimento, a identificação, a interpretação e a vigilância são ações de suma importância para as ações da Força Aérea Brasileira (FAB). Essas ações estão diretamente ligadas a Inteligência de Imagens, um dos principais contribuintes ao apoio a decisão. Atualmente a FAB possui inúmeros sensores em aeronaves que geram uma quantidade relevante de dados. Uma vez processados esses dados se transformam em informações e após analises
transformam-se em conhecimento, que contribuem sobremaneira a assessoria a quem toma decisões. Portanto, quanto mais fidedignos são os dados, melhor será a qualidade do conhecimento gerado. Em suma, deve-se conhecer a qualidade dos dados, nesse caso, das imagens geradas por esses sensores. A caracterização é meio pelo qual se verifica o seu funcionamento, seus parâmetros, suas limitações e a melhor adequação para a sua utilização. Desde 2013 vem se desenvolvendo no Laboratório de Medições de Superfícies Ópticas (LMSO) e no Laboratório de Radiometria e Caracterização de Sensores Eletroóticos (LaRaC), ambos do Instituto de Estudos Avançados (IEAv), estudos de metodologias de caracterização de sistemas imageadores na faixa espectral do visível até o infravermelho. Essas metodologias são compostas pelas caracterizações: espacial, radiométrica e espectral. A caracterização espacial visa determinar quanto cada pixel do sensor resolve em ângulo. A caracterização radiométrica visa levantar as curvas de calibração do sistema, indicando como a câmera correlaciona níveis digitais, temperatura e radiância. A caracterização espectral visa determinar qual é a faixa espectral que o sistema opera, bem como a sua sensibilidade para cada comprimento de onda.
Produção Científica Associada
[1] LIMA FILHO, G. M. ; SIRCILLI, F. ; CASTRO, R. M. . Caracterização Espectral de Dispositivo Eletro-óptico Imageador. In: XVI Simpósio de Aplicações Operacionais em Áreas de Defesa, 2014, São José dos Campos - SP. XVI SIGE, 2014.
Caracterização espectral de uma câmera SC5600 fabricada pela FLIR SYSTEMS.
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Imaging Cameras Characterization Staff: Alvaro J. Damião 1,*, Ruy M. Castro 1, Francisco S. Neto 1, Geraldo M.
L. Filho1,2, Robert C. F. Almeida1,2.
1Institute for Advanced Studies – IEAv; 2Aeronautics Institute of Technology – ITA;
The detection, recognition, identification, interpretation and monitoring actions are important features to the actions of the Brazilian Air Force (FAB). These actions are directly related to images of Intelligence, one of the main contributors to decision’s support. Nowadays, the FAB has a lot of sensors on aircraft that generate a significant amount of data. Once processed these data become information and after analysis are transformed in knowledge
which greatly contribute to advice the decision makers. Therefore, the more reliable are the data the better the quality of the knowledge. To sum up, we should know the quality of data of the images generated by these sensors. The characterization is the way that you verify its operation, its parameters, its limitations and the best fit for their use. Since 2013 has been developing in the Optical Surface Measurements Laboratory (LMSO) and Radiometric and Characterization Electro-Optics Sensors Laboratory (Larac), both of the Institute of Advanced Studies (IEAv), studies in characterization methodologies of the imaging systems in the spectral range the visible to the infrared. These methodologies are composed of characterizations: spatial, spectral and radiometric. The spatial characterization is to determine how much each pixel sensor has of field of view. The radiometric characterization is to know the calibration curves of the system indicating how the camera correlates digital levels, temperature and radiance. The spectral characterization is to determine the spectral range that the system operates as well as its sensitivity for each wavelength.
Associated Scientific Production
[1] LIMA FILHO, G. M. ; SIRCILLI, F. ; CASTRO, R. M. . Caracterização Espectral de Dispositivo Eletro-óptico Imageador. In: XVI Simpósio de Aplicações Operacionais em Áreas de Defesa, 2014, São José dos Campos - SP. XVI SIGE, 2014.
Spectral characterization of the SC5600 camera manufactured by FLIR SYSTEMS.
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Avaliação Cartográfica do Radar - SAR Equipe: TCel Av Marcelo Jose Perez Monteiro, Maj Eng Marcus Vinícius
Teixeira Monteiro1, *, 1° Ten Eng Sidney Andrade de Lima1, 1S SCF Cassio Henrique Lima Ribeiro e 3S BFT Eduardo Jose dos Santos Silva.
1Instituto de Estudos Avançados – IEAv *[email protected]
O Radar de Abertura Sintética (SAR) é a ferramenta mais adequada para cartografia na região Amazônica por ser imune a cobertura de nuvens e imagear grandes regiões rapidamente (2km2/s), coletando informações sobre o uso do terreno e o seu relevo.
Os produtos gerados pelo SAR sofrem distorções oriundas de diversas fontes, por isso um processo de avaliação cartográfica deste tipo de sensor é imprescindível para verificar se sua precisão planimétria e altimétrica satisfazem as restrições impostas pelo Padrão de Exatidão Cartográfico - PEC, regido pelo Decreto n° 89.817, de 20 de
Junho de 1984.
A Subdivisão de Sensoriamento Remoto desenvolve pesquisa com o objetivo de criar metodologias de validação cartográfica deste sensor e determinação da forma ótima de realizar as campanhas de levantamento cartográfico. Para tal utiliza o SAR-SIVAM como ferramenta de validação da metodologia, no qual se verificou um grande nível de ruído no modelo digital de elevação (MDE). Este ruído provocou distorções na imagem ortorretificada. A próxima fase do processo é identificar e mitigar este erro além de criar processos automáticos de geração de mosaicos das faixas de imageamento.
A EGI-S agradece o apoio do Estado-Maior da Aeronáutica, o 2°/6° Grupo de Aviação, o Comando Geral do Ar e a Diretoria de Serviço Geográfico do Exército pelo apoio.
Produção Científica Associada
[1] Marcus Vinícius Teixeira Monteiro, " RELATÓRIO PRELIMINAR COMPLEMENTAR DE AVALIAÇÃO CARTOGRÁFICA DO SAR-SIVAM, EMBARCADO NAS AERONAVES R-99," DCTA/IEAv-2015.
Imagem SAR do R-99
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Cartographic evaluation of Radar - SAR Staff: TCel Av Marcelo Jose Perez Monteiro, Maj Eng Marcus Vinícius
Teixeira Monteiro1, *, 1° Ten Eng Sidney Andrade de Lima1, 1S SCF Cassio Henrique Lima Ribeiro e 3S BFT Eduardo Jose dos Santos Silva.
1 Instituto of Advanced Studies– IEAv *[email protected]
The Synthetic Aperture Radar (SAR) is the most appropriate tool for mapping the Amazon region to be immune to cloud cover and generate images of large regions quickly (2km2 / s), collecting information about the use of the land and its relief.
The products generated by SAR suffer distortions arising from various sources, so a cartographic evaluation process of this type of sensor is essential to verify that your planimetry and altimetry precision meet the restrictions imposed by Map Accuracy Standards - PEC, governed by Decree No. 89817 of 20 June 1984.
Remote Sensing The subdivision develops research with the goal of creating cartographic validation methodologies of this sensor and determine the optimal way to achieve the cartographic survey campaigns. To do this you use the SAR-SIVAM as the methodology validation tool, which revealed a great deal of noise in the digital elevation model (DEM). This noise caused distortions in the orthorectified image. The next phase of the process is to identify and mitigate this error and create automated processes to generate mosaics of imaging tracks.
The IMS-S appreciates the support of the General Staff of the Air Force, the 2nd / 6th Aviation Group, the General Command of the Air and the Directorate of Geographic Service of the Army for their support.
Associated Scientific Production
[1] Marcus Vinicius Teixeira Monteiro, "PRELIMINARY REPORT EVALUATION OF ADDITIONAL CARTOGRAPHIC SAR-SIVAM, BOARDED IN AIRCRAFT R-99," DCTA / IEAv 2015.
SAR Image from R-99
