Questões sobre Área: Propulsão Hipersônica

O ar pode ser aproximadamente considerado um gás diatômico, uma vez que ele é composto em sua maior parte por N₂ e O₂. O escoamento hipersônico de uma aeronave pelo ar pode fazer com que a temperatura ao redor de sua fuselagem chegue a ordem de 1 000K. As energias cinética e potencial de moléculas diatômicas podem ter modos energéticos translacional, rotacional, vibracional e eletrônico. Quais deles são excitados, totalmente ou parcialmente, em moléculas diatômicas nessas temperaturas?

• A.

  Translacional, Rotacional e Vibracional.

• B.

  Translacional e Rotacional, apenas.

• C.

  Translacional e Vibracional, apenas.

• D.

  Translacional e Eletrônica, apenas.

• E.

  Translacional, apenas.

Quando podemos assumir equilíbrio local em escoamentos hipersônicos, o fluxo de calor por radiação pode ser aproximado com uma relação difusiva semelhante à lei de Fourier. Contudo, nesse caso, o coeficiente de condutividade térmica radiativa possui uma dependência não linear com a temperatura. Essa dependência é proporcional a T ⁿ, onde o expoente n é igual a

• A.

  1.

• B.

  2.

• C.

  3.

• D.

  4.

• E.

  5.

De acordo com o modelo padrão para a atmosfera terrestre, esta pode ser dividida em cinco camadas principais. Elas são conhecidas, em ordem crescente de altitude, como troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera e exosfera. Além dessas camadas, também é comum definir as regiões limítrofes entre duas camadas consecutivas. Por exemplo, temos a tropopausa entre a troposfera e a estratosfera, a estratopausa entre a estratosfera e a mesosfera, a mesopausa entre a mesosfera e a termosfera e, finalmente, a termopausa entre a termosfera e a exosfera.

Das opções de camadas e regiões limítrofes a seguir, a maior temperatura é encontrada na

• A.

  Tropopausa.

• B.

  Estratosfera.

• C.

  Estratopausa.

• D.

  Mesosfera.

• E.

  Mesopausa.

• A.

  q_w ~ 1/R

• B.

  

• C.

  q_w ~ 1/R²

• D.

  

• E.

  q_w ~ 1/ R³

• A.

  M_e, o número de Mach do escoamento externo.

• B.

  Pr, o número de Prandtl.

• C.

  γ, a razão entre os calores específicos a pressão e temperatura constantes.

• D.

  Re_x, o número de Reynolds.

• E.

  T_w /T_e, a razão entre as temperaturas da parede e o escoamento externo.

Um dos principais parâmetros que controlam o comportamento de camadas-limite laminares e turbulentas é o número de Mach do escoamento hipersônico incidente M_e. Qual é o efeito que um aumento em M_e causa tanto na espessura δ_x da camada-limite quanto na distância x_T em relação ao bordo de ataque a partir da qual a transição para uma camada turbulenta se inicia?

• A.

  Aumenta e aumenta, respectivamente.

• B.

  Aumenta e diminui, respectivamente.

• C.

  Diminui e aumenta, respectivamente.

• D.

  Diminui e diminui, respectivamente.

• E.

  Não causa um efeito significativo.

Os métodos de diferenças finitas (DF) e volumes finitos (VF) são os mais comumente usados para simulações computacionais em mecânica dos fluidos e transferência de calor, sejam estas incompressíveis ou compressíveis. A principal vantagem de VF em relação a DF é

• A.

  o uso de um sistema de coordenadas generalizadas.

• B.

  a alta ordem para discretização temporal.

• C.

  a alta ordem para discretização espacial.

• D.

  o tratamento conservativo das equações de governo.

• E.

  o tratamento natural de domínios irregulares.

A simulação computacional de escoamentos hipersônicos pode utilizar a onda de choque como condição de contorno ou pode capturar a onda de choque dentro do domínio como parte da solução.

Das técnicas a seguir, a mais precisa para resolução espacial de um domínio contendo ondas de choque é:

• A.

  ENO, esquema essencialmente não oscilatório.

• B.

  WENO, ponderação entre diferentes esquemas essencialmente não oscilatórios.

• C.

  TVD, esquema com variação total decrescente.

• D.

  Diferenças Parcialmente Atrasadas/Avançadas.

• E.

  Diferenças Centradas.

Esquemas numéricos para marcha no tempo podem ser explícitos ou implícitos ou até mesmo explícitos/implícitos. Eles se dividem, essencialmente, entre dois tipos de esquemas: multipasso e multiestágio. O primeiro representa uma família de esquemas que inclui os métodos de Adams e BDF. Já o segundo representa uma família de esquemas que inclui os métodos de Runge-Kutta. Ambos os tipos possuem diferentes propriedades de estabilidade numérica linear e não linear. Qual destas propriedades melhor captura as descontinuidades presentes em simulação transiente das equações de Navier-Stokes voltadas para escoamentos hipersônicos na presença de reações químicas e ondas de choque?

• A.

  Estabilidade linear tipo A.

• B.

  Estabilidade linear tipo L.

• C.

  Estabilidade linear tipo S.

• D.

  Forte preservação de estabilidade (SSP).

• E.

  Variação total decrescente (TVD).

Um modelo clássico de ciclo termodinâmico fechado muito aplicado a motores de propulsão aspirada é conhecido como ciclo de Brayton. Uma das vantagens que ele possui é o fato de ele ser capaz de representar turbojets, ramjets e scramjets. Contudo, algumas condições precisam ser respeitadas para que este modelo seja considerado válido.

Qual das hipóteses mencionadas a seguir torna inválido o uso desse ciclo?

• A.

  Um estado é definido com duas propriedades termodinâmicas independentes.

• B.

  O fluido de trabalho está num estado de equilíbrio em qualquer instante.

• C.

  O processo de combustão deve ser substituído por um processo que fornece calor sem variação de massa ou constituintes químicos.

• D.

  O processo de combustão ocorre com um número de Mach constante.

• E.

  O último processo do ciclo deve levar o fluido de trabalho ao seu estado inicial.