Caderno do WAI vol. 8 - IEAv

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© 2015 Instituto de Estudos Avançados – IEAv
Qualquer parte desta publicação pode ser reproduzida, desde que citada a
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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
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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
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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. Orlando Roberto Neto
Me. Raquel Martins Villela Nunes
Comissão Organizadora do WAI
(WAI Organization Commitee)
Dr. Dermeval Carinhana Junior – Coordenador (Coordinator)
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. 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
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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
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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
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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 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.
Demonstrador de Veículo a Propulsão a Laser
Motor de Detonação Pulsada
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Research Lines
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
processamento,
de
técnicas
gerenciamento,
para
exploração
o
e
disseminação de informações de inteligência de
imagens.
Plataformas de testes
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 estratégicooperacional
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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Research Lines
Geointeligência
Image Intelligence
Developing
techniques
for
processing
and
exploitation of image intelligence information.
Radiometry,
Testing platforms
characterization
and
Imaging
systems usage
Design, characterization and development of methodologies for electrooptical 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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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.
Laser de Yb: Fibra de Alta Potência
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
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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.
High Power Yb:Fiber Laser
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.
Mass spectrometer
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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.
Sensor a Fibra Óptica
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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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.
Fiber Optic Sensor
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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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
Conceito de ciclo térmico Brayton sem fonte térmica
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
materiais,
expostos
sobre
componentes,
à
radiação
indivíduos,
e
nas
sistemas
aplicações
aeroespaciais.
Análise de efeitos da radiação ionizante em
memórias de computador
20
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
Stirling
cycles
and
(Brayton,
Rankine)
for
nucleo-electric conversion of
Concept of Brayton thermal cycle without heat source
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.
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 pósgraduação, 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)
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
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Graduate Studies
The IEAv acts in personnel training of graduate level, Master. and
Doctorate, through the Space Science and Technology Graduate Program, PGCTE. 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,
Nanomaterials
Characterization
and
Evaluation
of
Materials
and
Energetic materials
Theoretical Chemistry
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iii) Space Propulsion and Hypersonic (CTE-P)
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, MagnetoMechanics
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
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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 duploobjetivo: 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
Atividades de Pesquisa e Desenvolvimento
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
32
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
33
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
34
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
35
Cálculo das propriedades ópticas de
materiais semicondutores
Equipe: Luis C. O. Dacal1*, Andres Cantarero2
1
Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Universidade de Valencia - Espanha.
*lcodacal@gmail.com
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
Parte imaginária da componente zz da função
empregadas nos dispositivos.
No
dielétrica do InP nas simetrias wurtzita (WZ),
nosso
caso,
empregamos
o
método
blenda de zinco (ZB) e WZ com falhas ZB.
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).
36
Optical properties calculations for
semiconductor materials
Staff: Luis C. O. Dacal1*, Andres Cantarero2
1
Institute for Advanced Studies – IEAv; 2University of Valencia - Spain.
*lcodacal@gmail.com
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
Imaginary part of the dielectric function (zz
component) for wurtzite (WZ) and zincblende (ZB) wave) method as implemented in the
Wien2k
code.
Recently,
we
InP phases and WZ InP with ZB stacking faults.
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).
37
Processamento de Dados Nucleares,
Cálculos de Projeto, Verificação e Validação
Equipe: Alexandre D. Caldeira.
Instituto de Estudos Avançados – IEAv.
alexdc@ieav.cta.br
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
Principais seções de choque diretamente em cálculos de projeto e, para atingir
microscópicas do material 94este objetivo, precisam ser processados. Este
Pu-242 processadas com os
programas
computacionais processamento pode ser uma ou mais operações
independentes e representa a geração de dados
LINEAR, RECENT e SIGMA1.
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.
[1] Alexandre D. Caldeira, “On Processing Material 90-Th-232 from ENDF/BVII.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).
38
Nuclear Data Processing, Design
Calculations, Verification and Validation
Staff: Alexandre D. Caldeira.
Institute for Advanced Studies – IEAv.
alexdc@ieav.cta.br
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.
Major
microscopic
cross This processing may be one or more independent
sections for material 94-Pu-242
operations on the data and represents the step of
processed
with
LINEAR,
nuclear data generation, pointwise or multigroup,
RECENT and SIGMA1 codes.
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.
[1] Alexandre D. Caldeira, “On Processing Material 90-Th-232 from ENDF/BVII.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).
39
Desenvolvimento de Pacote de Simulação
Numérica de Motores de Combustão
Supersônica – Projeto SJETSP
Equipe: Tiago Cavalcanti Rolim1,*, Paulo Gilberto de Paula Toro1
1
*tiagorolim@ieav.cta.br
Distribuição de pressão num
motor
de
combustão
supersônica, resultados de
validações efetuadas.
mecanismo de combustão
de mistura.
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
hidrogênio-ar foi também incluído com um modelo
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.
[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.
40
Development of a Numerical Simulation
Pack for Scramjet Engines – SJETSP project
Staff: Tiago Cavalcanti Rolim1,*, Paulo Gilberto de Paula Toro1.
1
*tiagorolim@ieav.cta.br
Pressure distribution on a
scramjet engine, results from
code validation.
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.
[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.
41
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.
1
Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica
– ITA; 3Universidade de São Paulo – USP.
*angelo@ieav.cta.br
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
Imagem
3D
do
estado compostos e ligas de elementos da família III-V,
fundamental de um ponto as curvas de absorção, de corrente de escuro e
quântico.
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.
[1] Diogo M. Pedroso, et al., "Computation of dark current in QWIPs using a
modelling based on Ehrenfest Theorem", (2015) (a ser publicado).
42
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.
1
Institute for Advanced Studies – IEAv; 2Technological Institute of Aeronautics –
ITA; 3University of São Paulo – USP.
*angelo@ieav.cta.br
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
Front-face culling 3D image of a elements of the III-V family, the absorbance
ground state solution of a QD.
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.
[1] Diogo M. Pedroso, et al., "Computation of dark current in QWIPs using a
modelling based on Ehrenfest Theorem" (2015) (to be published).
43
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
1
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI; 2Instituto de Estudos Avançados –
IEAv.
*rafaelcintra94@outlook.com
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
Desenho em corte do sensor utilizando um elemento cerâmico para a isolação
de
ionização
fabricado. dos eletrodos de tungstênio-tório, e o adaptador
Dimensões em mm.
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.
[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.
44
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
1
Federal University of Itajubá – UNIFEI; 2Institute for Advanced Studies – IEAv.
*rafaelcintra94@outlook.com
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
Sectional view of the produced isolation of the thorium-tungsten electrodes, and
ionization sensor. Dimensions in the adapter for the shock tunnel and the
mm.
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.
[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.
45
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.
1
Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Instituto de Pesquisas Energéticas e
Nucleares – IPEN.
*fbraz@ieav.cta.br
Vazão (kg/s)
Para atender às exigências de
licenciamento de um reator
600
500
nuclear impostas pelo órgão
400
licenciador deve-se realizar a
300
análise de segurança termo200
100
hidráulica
de
acidentes e
0
transientes
para
a
instalação
que
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
será
certificada.
Isto
é
feito
com
Tempo (s)
o
código
RELAP-5.
Este
Curvas de vazão em massa na quebra.
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.
RELAP5
FSAR
Financiamento: recursos orçamentários do COMAer e CNPq.
[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).
46
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.
1
Institute for Advanced Studies – IEAv; 2Instituto de Pesquisas Energéticas e
Nucleares – IPEN.
*guimarae@ieav.cta.br
Vazão (kg/s)
In order to meet licensing
requirements for a nuclear
600
500
reactor imposed by the licensing
400
authority an accident thermal
300
hydraulics safety and transient
200
100
analysis must be performed. In
0
general,
this
analysis
is
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
performed
with
the
RELAP5
Tempo (s)
code. The RELAP5 code is the
SBLOCA mass flow rate profile calculated with most accepted and used for
RELAP5 and presented at the Angra-2 FSAR.
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.
RELAP5
FSAR
Funding support: COMAer and CNPq.
[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).
47
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*.
*pinheiro@ieav.cta.br
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 14X. 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.
48
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*.
*pinheiro@ieav.cta.br
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, twodimensional (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 threedimensional (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).
[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.
49
Escoamento Bifásico com Mudança de Fase
Equipe: Francisco A. Braz Filho*,1, Guilherme B. Ribeiro1, Rafael E.
Borges2, Alexandre D. Cadeira1.
1
Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Faculdade de Tecnologia – FATEC.
*fbraz@ieav.cta.br
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
Tipos de escoamento bifásico
em canais (A - bolhas, B - bala, do Instituto de Estudos Avançados (IEAv), é
fundamental este tipo de estudo. No IEAv,
C - anular, e D - gotículas).
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 termohidráulica 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
[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).
50
Two-phase Flow with Phase Change
Staff: Francisco A. Braz Filho *,1, Guilherme B. Ribeiro1, Rafael E. Borges2,
Alexandre D. Cadeira1.
1
Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Faculdade de Tecnologia – FATEC.
*fbraz@ieav.cta.br
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
Two-phase flow in channels (A – several computational codes to simulate and
bubbles, B – slug, C – annular, calculate the parameters involved in this
and D – droplets).
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).
51
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.
1
Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2PG-CTE/ITA/IEAv/IAE.
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
Corte radial do núcleo conceitual do apresenta um corte radial do primeiro
microrreator proposto para ser usado no conceito de núcleo desenvolvido para
fornecer calor para o microrreator do
espaço.
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.
[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).
52
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.
1
Institute for Advanced Studies – IEAv; 2PG-CTE/ITA/IEAv/IAE.
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
Radial cut of the core concept proposed nuclear fuel element and reactor core
developed. The above figure presents
for the space nuclear microreactor.
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.
[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).
53
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.
1
– ITA; 3Universidade Paulista – UNIP; 4Complexo Aeroespacial de Minas
Gerais.
*mborges@ieav.cta.br
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
Lançador Hipersônico de Massa.
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.
[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.
54
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.
1
Institute for Advanced Studies – IEAv; 2Aeronautics Institute of Technology –
ITA; 3University of Paulista – UNIP; 4Aeroespace Complex of Minas Gerais.
*mborges@ieav.cta.br
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
Hypersonic Mass Launcher.
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.
[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.
55
Estudo numérico de adição de energia a
escoamentos de altas velocidades
Equipe: André C. Fraile Jr.*, Mauricio A. P. Rosa.
*fraile@ieav.cta.br
A
adição
de
energia
a
escoamentos
de
altas
velocidades
p/p
6.00
tem
sido
considerada
em
4.79
3.58
aplicações
como
redução
de
2.37
3
1.16
arrasto de onda, melhoria do
desempenho de motores scramjet
e controle de atitude de veículos
0
-3
0
3 x/l 6
9
12
de
altas
velocidades.
Este
(a)
conjunto
de
aplicações
motivou
a
Efeito da adição de múltiplos pulsos de energia no
campo de pressão de um escoamento inicialmente Subdivisão
de
Simulação
com número de Mach 4.
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.
y/l
8
6
[1] André C. Fraile Jr.,Mauricio A. P. Rosa, "23rd ABCM International Congress
of Mechanical Engineering" Rio de Janeiro (2015) – aguardando publicação.
56
Numerical study of energy addition to high
speed airflows
Staff: André C. Fraile Jr.*, Mauricio A. P. Rosa.
*fraile@ieav.cta.br
Energy addition to high speed
airflows has been considered in
p/p
6.00
applications such as wave drag
4.79
3.58
reduction, improvement of scramjet
2.37
3
1.16
performance and attitude control of
high speed vehicles. This series of
applications has motivated the
0
-3
0
3 x/l 6
9
12
Subdivision
of
Computational
(a)
Simulation
(EAH-C)
to perform
Effect of multiple pulse energy addition on
pressure field for uniform airflow (Mach number analyses concerning the effects of
4).
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.
y/l
8
6
[1] André C. Fraile Jr., Mauricio A. P. Rosa, "23rd ABCM International Congress
of Mechanical Engineering" Rio de Janeiro (2015) – to be published.
57
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.
1
Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Delfino & Chamas Desenvolvimento
em Ciências Físicas e Naturais Ltda.
*gvieira@ieav.cta.br
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
Sistema de caracterização elétrica a principal tecnologia a competir com os
de dispositivos semicondutores não sensores de telureto de cádmio e mercúrio.
encapsulados, com controle de São as matrizes de sensores de infravermelho
temperatura de ambiente até 10 K.
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.
[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).
58
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.
1
Institute for Advanced Studies – IEAv; 2Delfino & Chamas Desenvolvimento
* gvieira@ieav.cta.br
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
cadmium
tellurite
infrared
Cryogenic probe station and mercury
electronic apparatus for electrical photodetectors. Image systems using QWIP
characterization of semiconductor FPAs give the best thermal resolution reported
devices.
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.
59
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.
1
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,
Sistema
de
medida
de
responsividade
integral
de vigilância terrestre e marítima, monitoramento
e controle de processos industriais, sistemas
sensores de infravermelho.
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.
60
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.
1
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
System for blackbody responsivity
systems, enhanced vision systems for planes
measurements
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.
61
Pouso Autônomo de um VANT VTOL
Através de Visão Computacional
Equipe: Felipe L. L. Medeiros1,*, Vitor C. F. Gomes1, Márcia R. C. Aquino 1,
Diego Geraldo1, Marcos E. L. Honorato2, Luiz H. M. Dias2, Narjhara G.
Lacerda2.
1
Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Universidade Federal de São Paulo UNIFESP.
*felipe@ieav.cta.br
Pouso autônomo de
VTOL
através
de
computacional.
VANT
visão
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
[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.
62
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.
1
Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Universidade Federal de São Paulo UNIFESP.
*felipe@ieav.cta.br
Autonomous Landing of VTOL
UAV Through Computer Vision.
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
[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.
63
Química teórica: estruturas moleculares e
dinâmica química
Equipe: Orlando Roberto-Neto*
Instituto de Estudos Avançados,Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica –
IEAv
*orlando@ieav.cta.br
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
Estruturas e esquema reacional
energia
potencial
e
de
propriedades
para as reações de abstração de
espectroscópicas de moléculas diatômicas; e
hidrogênio entre a hidrazina e o
c) a determinação de mecanismos reacionais e
oxigênio atômico (N2H4 + O 3P)
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 n o 480119/2012-0)
[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).
64
Theoretical Chemistry: molecular structures
and chemical dynamics
Staff: Orlando Roberto-Neto*
Instituto de Estudos Avançados, Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica –
IEAv
*orlando@ieav.cta.br
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
Structures and reactional diagram of spectroscopic
properties
of
diatomic
hydrogen abstraction reactions
molecules; c) determination of reaction
involving hydrazine and the atomic
mechanisms and the construction of potential
oxygen (N2H4 + O 3P)
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 n o 480119/2012-0)
[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).
65
Otimização de um Ciclo Brayton Fechado
Equipe: Guilherme B. Ribeiro*, Francisco A. Braz Filho, Lamartine N. F.
Guimarães.
*gbribeiro@ieav.cta.br
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
Sistema de conversão de
mistura de Hélio/Xenônio com peso molecular de
energia proposto.
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
[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).
66
Optimization of a Closed Brayton Cycle
Staff: Guilherme B. Ribeiro*, Francisco A. Braz Filho, Lamartine N. F.
Guimarães.
*gbribeiro@ieav.cta.br
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
Proposed energy conversion
as working fluid for this research field, using the
system.
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
[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).
67
Bancada Piloto para Testes de Combustores
Supersônicos
Equipe: Kalvin M. B. Brandão*, Valeria S. F. O. Leite, Dermeval Carinhana
Jr.
*kalvin.brandao@gmail.com
O Instituto de Estudos Avançados
(IEAv/DCTA) está desenvolvendo
o 14-X, um veículo hipersônico
nacional, que utilizará como
sistema de propulsão o estatoreator de combustão supersônica
do tipo scramjet (supersonic
combustion ramjet). O estudo da
combustão supersônica em solo é
realizado por meio de dispositivos
Desenho esquemático da bancada de testes de como túneis de choque e bancada
combustores supersônicos
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.
[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.
68
Pilot Working Bench for Testing of
Supersonic Combustors
Staff: Kalvin M. B. Brandão*, Valeria S. F. O. Leite, Dermeval Carinhana Jr.
*kalvin.brandao@gmail.com
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
Schematic drawing of the supersonic combustion test performed by devices like
shock tunnels and working
facility
benches
for
supersonic
combustors, basically built by a vitiated air generator and a convergentdivergent 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.
[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.
69
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.
1
Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA; 2Instituto de Estudos Avançados –
IEAv.
*ana_paula_lg@hotmail.com
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
Saída do programa computacional
do
trabalho
consiste
na
com
os
espectros
teórico
e objetivo
consolidação do programa computacional
experimental sobrepostos.
para determinação de temperatura em
escoamentos, determinando a temperatura rotacional do radical C 2* 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 chiquadrado, 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.
[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.
70
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.
1
Aeronautics Institute of Technology – ITA; 2 Institute for Advanced Studies –
IEAv
* ana_paula_lg@hotmail.com
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
Computer program output with
theoretical and experimental spectra consolidate the computer program for
determining temperature flows, determining
overlap.
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.
[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.
71
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
1
Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Cel Eng da reserva
*toro@ieav.cta.br
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 H 2, 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.
[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).
72
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
1
Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Cel Eng da reserva
*toro@ieav.cta.br
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.
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).
73
Sistema de Inteligência de Imagens
Equipe: Vitor C. F. Gomes1,*, Mônica M. De Marchi 1, Vitor L. Mendes1, João
C. da Silva1.
1
*vitor@ieav.cta.br
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
Diagrama Conceitual do Sistema
e com foco em atender a demanda por
de Inteligência de Imagens.
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.
[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.
74
Imagery Intelligence System
Staff: Vitor C. F. Gomes1,*, Mônica M. De Marchi1, Vitor L. Mendes1, João C.
da Silva1.
1
*vitor@ieav.cta.br
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.
Conceptual diagram of the
Imagery Intelligence System.
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.
[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.
75
Velocimetria de Escoamentos Reativos
Equipe: Lincoln Tolomelli e Tolomelli1,2*, Luiz G. Barreta1, Dermeval
Carinhana Jr.1
1
– ITA.
*ltolomel@gmail.com
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
nãoperturbativa do escoamento em um determinado
Chama de gás marcada pelo intervalo de tempo. Em chamas fuliginosas, como
Laser.
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
[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
76
Velocimety of Reactive Flows
Staff: Lincoln Tolomelli e Tolomelli1,2*, Luiz G. Barreta1, Dermeval
Carinhana Jr.1
1
Institute for Advanced Studies – IEAv; 2 Aeronautics Institute of Technology –
ITA
*ltolomel@gmail.com
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,
Gas flame marked by laser.
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).
[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.
77
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.
1
Instituto de Estudos Avançados – IEAv, 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica
– ITA, 3Universidade do Vale do Paraíba – UNIVAP
*marlon@ieav.cta.br
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
estes efeitos em sistemas
Amostras de blindagem para negligenciaria
radiação cósmica de uso espaciais. O uso de dispositivos eletrônicos,
aeroespacial.
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
[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.
78
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
*marlon@ieav.cta.br
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
Cosmic radiation shield samples of electronic, optical devices and other materials
in aerospace systems depends on information
for aerospace use
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
[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).
79
Visualização de Escoamentos pela Óptica
Schlieren
Equipe: Danilo A. Machado1*, Alberto M. dos Santos1, Demerval C.
Junior1,2, Antonio C. de Oliveira1,2
1
Instituto de Estudos Avançados – IEAv; Instituto Tecnológico de Aeronáutica –
ITA
*danilodoors@hotmaill.com
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
Arranjo óptico schlieren ressonante
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
[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).
80
Visualization Flow by Schlieren Optics
Staff: Danilo A. Machado1*, Alberto M. dos Santos1, Demerval C. Junior1,2,
Antonio C. de Oliveira1,2
1
Institute for Advanced Studies – IEAv; Aeronautics Institute of Technology –
ITA
*danilodoors@hotmaill.com
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,
Optical
arrangement
resonant using the schlieren method it is possible to
schlieren
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 threedimensional 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
[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).
81
Alocação de recursos de defesa contra
ataques terroristas em megaeventos
esportivos
Equipe: Marcelo Zawadzki1,*, Mischel Carmen N. Belderrain2, Gilberto
Montibeller3.
1
– ITA; 3Universidade de Loughborough – Reino Unido.
*mzawa@ieav.cta.br
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
Adoção de estratégias pela
jogo de segurança de Stackelberg entre dois
defesa e pelo ataque
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.
[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 (5163) (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).
82
Defense resource allocation against
terrorist attacks during sports mega-events
Staff: Marcelo Zawadzki1,*, Mischel Carmen N. Belderrain2, Gilberto
Montibeller3.
1
ITA; Loughborough University– UK.
*mzawa@ieav.cta.br
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
Defense and attack
analyzing such a game, the defense, which in
strategies’ adoption.
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.
[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 (5163) (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).
83
Acabamento superficial de carbeto de silício
para aplicações embarcadas
Equipe: Marcos V. R. Santos,1, Alvaro J. Damião1,2*.
1
– ITA;
*damiao@ieav.cta.br
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
Amostras de SiC prontas para espelhos planos [1]. A baixa massa específica é
serem polidas
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)
[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.
84
Sintered Silicon Carbide Mirror Substrates
Surface Finishing for Embedded Application
Staff: Marcos V. R. Santos,1, Alvaro J. Damião1,2*.
1
– ITA;
*damiao@ieav.cta.br
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
SiC Samples ready to be obtain flat mirror substrates [1]. The goals were to
polished at IEAv
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)
[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.
85
Projeto Combustão Supersônica Assistida
por Laser com Aplicação Aeroespacial
(CSLASER)
Equipe: Coordenador Antonio C. Oliveira1,2,*, Divisão EAH D, Divisão EAH
E
1
– ITA;
*acoc@ieav.cta.br
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
Túnel de Vento Hipersônico T3
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.
[1] Projeto Combustão Supersônica Assistida por Laser com Aplicação
Aeroespacial, convênio FINEP (01.11.0156.01)
86
Laser-Assisted Supersonic Combustion
with Aerospacial Applications Project
(CSLASER)
Staff: Coordenador Antonio C. Oliveira 1,2,*, Divisão EAH D, Divisão EAH E
1
Institute for Advanced Studies– IEAv; 2Aeronautics Institute of Technology–
ITA;
*acoc@ieav.cta.br
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 laserassisted 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
Hypersonic wind tunnel T3
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
[1] Laser-Assisted Supersonic Combustion with Aerospacial Applications
Project, FINEP (01.11.0156.01)
87
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
1
Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil
Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil
*teleginski@gmail.com
2
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.
Desenho esquemático do sistema No presente trabalho, o uso do laser de CO 2
TBC onde estão indicadas suas estabeleceu com sucesso ligação metalúrgica
camadas constituintes e substrato.
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.
88
Thermal Barrier Coatings laser deposition
Viviane Teleginski1,2*, Daniele C. Chagas1,2, Ana Cláudia Costa Oliveira2,
Júlio C. G. Santos1, Getúlio de Vasconcelos1,2
1
Institute for Advanced Studies, São José dos Campos, SP, Brazil
Tecnological Institute of Aeronautics, São José dos Campos, SP, Brazil
*teleginski@gmail.com
2
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.
Schematic drawing of a TBC At the present work, the use of a low-power
system where its components and CO2 laser beam have successfully established
substrate material are indicated.
a metallurgical bonding between the BC and
the substrate, showing a non-porous and
imperfections-free microstructure [1]. The ceramic top coating showed highdensity 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 CO 2 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 42 nd
ICMCTF, 2015 April, held in San Diego, CA - EUA.
89
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.
1
Instituto de Estudos Avançados – IEAv;
Università degli Studi di Napoli “Parthenope” – Uniparthenope
*rafaelpaes@ieav.cta.br
2
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
CP SAR – exemplo de informação vista ambiental quanto econômico.
polarimétrica: razão de polarização circular
foram
realizados
(μc), alta resposta volumétrica de um alvo Experimentos
dados
dos
satélites
metálico (acima do plano de corte) e baixa emulando
RADARSAT-2 e ALOS PALSAR, e os
resposta do mar (abaixo do plano).
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
[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, "Hybridpolarimetry architecture to observe metallic targets at sea”, EESMS IEEE
Workshop, Naples (2014).
90
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.
1
Instituto de Estudos Avançados – IEAv;
Università degli Studi di Napoli “Parthenope” – Uniparthenope
*rafaelpaes@ieav.cta.br
2
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
emulating RADARSAT-2
CP SAR –
Example of polarimetric undertaken
information: circular polarization rate (μc), SAR data and ALOS PALSAR data
high volumetric bouncing of a metalic target demonstrate the capability of CP
(above the plane) and low bouncing of the architectures
to
both
detect
sea (below the plane).
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
[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, "Hybridpolarimetry architecture to observe metallic targets at sea”, EESMS IEEE
Workshop, Naples (2014).
91
PMA II
1,*
Equipe: Márcia R.C. Aquino , Ten Cel Av Flavio Petersen Júnior1, Cap Av
Diego Bonato1, Cap Av Diego Geraldo1, 1º Ten Eng Davison S. Santos1.
1
*marcia@ieav.cta.br
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
Exemplo de uma missão planejada
como um ambiente de integração de
utilizando recursos do PMA II.
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
[1] Diego Geraldo, Flavio Petersen Júnior, Márcia R. C. Aquino, "AEROGRAFPMA, 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).
92
PMA II
1,*
Staff: Márcia R.C. Aquino , Ten Cel Av Flavio Petersen Júnior1, Cap Av
Diego Bonato1, Cap Av Diego Geraldo1, 1º Ten Eng Davison S. Santos1.
1
*marcia@ieav.cta.br
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
Mission planning on PMA II.
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
[1] Diego Geraldo, Flavio Petersen Júnior, Márcia R. C. Aquino, "AEROGRAFPMA, 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).
93
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.
1
– ITA; 3California Institute of Technology - Caltech; 4Technical Research Centre
of Finland - VTT.
*lira@ieav.cta.br
Ormocomp
286nm
Si
Si
100nm
220nm
SiO2
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
Seção transversal do guia de ondas coeficiente termo-óptico (CTO) efetivo de guias
e
microscopia
eletrônica
de
varredura
na
região
de de onda confeccionados neste material. Esta
demanda nos levou a projetar guias de onda
acoplamento evanescente
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. Verificouse 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
[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).
94
Integrated Silicon Photonics – Athermal
Devices
Staff: Hugo L. R. Lira1,*, Vilson R. Almeida1,2, William S. Fegadolli3, Axel
Scherer3, Marianne Hiltunen4, Pentti Karioja4.
1
ITA; 3California Institute of Technology – Caltech; 4Technical Research Centre
of Finland – VTT.
*lira@ieav.cta.br
Ormocomp
286nm
Si
Si
100nm
220nm
SiO2
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
Cross section of the waveguide and waveguides made of this material. This
scanning electron microcopy at the
demand has led us to design special
coupling region
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
[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).
95
Caracterização de Acelerômetro MicroEletro-Mecânico Capacitivo
Equipe: Matheus M. Carvalho1,*, Liangrid L. Silva2, Janderson R.
Rodrigues2, Rogério M. Cazo1, Angelo Passaro1,2, Vilson R. Almeida2.
1
– ITA;
*minelli@ieav.cta.br
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
Massa
inercial
fabricada
no aplicado. O sensor desenvolvido apresentou
Laboratório LSI da Universidade de características funcionais esperadas, sendo
São Paulo (projeto ACELERAD).
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.
[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 MicroEletro-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).
96
Characterization of a Micro Electro
Mechanical Capacitive Accelerometer
Staff: Matheus M. Carvalho 1,*, Liangrid L. Silva2, Janderson R. Rodrigues2,
Rogério M. Cazo1, Angelo Passaro1,2, Vilson R. Almeida2.
1
ITA;
minelli@ieav.cta.br
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
Inertial Mass produced at the LSI and applied. The developed sensor showed
laboratory from University of Sao features in accordance with the expected, and
Paulo (ACELERAD project).
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
[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 MicroEletro-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).
97
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.
* vonrho.colaborador@ieav.cta.br .
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
Fase de oscilação em FMM de blindagem eletromagnética. Neste sentido, a
amostra de manta de nanoferrita de Microscopia por Modulação de Força (FMM
Mn / Zn.
– 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 PróEstratégia 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.
[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.
98
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.
* vonrho.colaborador@ieav.cta.br .
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
FMM oscillation phase angle of a shielding. In this regard, the FMM (force
Mn / Zn ferrite single-layer sample.
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 PróEstratégia 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.
[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.
99
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.
1
Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA; 2Instituto de Estudos Avançados –
IEAv.
*migliano@ieav.cta.br
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
Filtro cerâmico em TeraHertz, de transmissão ou reflexão, o que permite
apenas a caracterização da parte dielétrica dos
desenvolvido no IEAv
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 microestruturado 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.
[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.
100
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
Terahertz
ceramic
filter allows the dielectric characterization only.
Besides that, papers about magnetic ceramics
developed at IEAv.
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.
[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.
101
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*.
1
– 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
Plataforma de propagação da sendo desenvolvidos estudos detalhados de
radiação cósmica. Simulação modelamento computacional de uma aeronave
computacional de uma aeronave e do tipo Learjet e de arranjos experimentais para
de um arranjo para teste de testes de irradiação de dispositivos eletrônicos,
irradiação.
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
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: 978-8599141-05-2.
102
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*.
1
ITA;.
* [claudiofederico;odairl]@ieav.cta.br
There is a great effort to determine the cosmicray-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
Cosmic radiation atmospheric regarding computational modeling of a Learjet
propagation
platform. type aircraft and experimental arrangements for
Computational simulation of an electronic devices irradiation by means of
aircraft and an experimental MCNPX code. In the case of aircraft is intended
irradiation test setup.
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
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: 978-8599141-05-2.
103
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
1
– 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
Analisador
de
Redes
Eletromagnéticos tem como objetivo o estudo e
Vetorial.
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 (ε r*) 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 S 11 e através deste
calcular εr* do material.
Financiamento: CAPES Pró-Estratégia nº 50/2011 - Proc. 2237; FAPESPProc. 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.
[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).
104
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
1
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,
Vector network analyzer.
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; FAPESPProc. 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.
[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).
105
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.
1
Instituto de Estudos Avançados - IEAv.
*dio.msg@gmail.com
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
Trajetória de um satélite em permite modelar a largura potencial da cobertura
órbita
e
as
coordenadas de um sensor configurado em nadir ou em modo
visualizadas
pelo
sensor pointable off-nadir. Este algoritmo permite que, a
embarcado, através do STK.
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)
[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).
106
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.
1
*dio.msg@gmail.com
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 offnadir mode. The algorithm enables the resolution
Orbiting satellite and its path of latitude and longitude coordinates on the Earth
coordinates being displayed by surface along the satellite track, based on an
an embedded sensor in STK.
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)
[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).
107
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.
1
Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Universidade Federal de São Paulo –
UNIFESP; 3ETEP Faculdades.
*maju@ieav.cta.br
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
Ilustração de um cenário contendo a alternativas de forma a melhorar a
atuação
conjunta
de
diferentes consciência
situacional das entidades
sensores.
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.
[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).
108
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.
1
Institute for Advanced Studies – IEAv; 2Federal University of São Paulo –
UNIFESP; 3ETEP Colleges.
*maju@ieav.cta.br
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
Illustration of a scenario considering involved entities. Among the problems that
the integrated operation of different can be treated in this context, the routing
sensors.
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.
[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).
109
Redução da porosidade do Carbono Vítreo
Fábio Dondeo1*, Júlia Arisseto2, André Garagorry2, Walter Miyakawa1,
Marcos Valentim1, Álvaro Damião1, Fernanda Lini3, Silvia Oishi4, Edson
Botelho4.
1
Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Universidade Federal de São Paulo –
São José dos Campos. 3Universidade Estadual de Maringá, 4Unesp
Guaratinguetá.
*dondeo@ieav.cta.br
Fração de poros (%)
O Carbono Vítreo Monolítico
(CVM) é um material que vem
sendo estudado e produzido no
20
IEAv há cerca de cinco anos,
com o objetivo inicial de se
15
produzir
substratos
para
espelhos espaciais. Hoje, o seu
10
interesse está focado no
desenvolvimento
de
5
microestruturas de carbono. Ele
se destaca por ter baixa
0
PTLS CLORID NITRIC FOSF
SULF MALICO C. ZINCO
densidade,
condução
de
Catalisador
eletricidade, resistência a altas
Porosidade correspondente ao uso de diferentes temperaturas, baixa reatividade
catalisadores, com a mesma concentração.
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 (ptolueno 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).
[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).
110
Porosity Reduction of Vitreous Carbon
Fábio Dondeo1*, Júlia Arisseto2, André Garagorry2, Walter Miyakawa1,
Marcos Valentim1, Álvaro Damião1, Fernanda Lini3, Silvia Oishi4, Edson
Botelho4.
1
Institute for Advanced Studies – IEAv; 2Federal University of São Paulo – São
José dos Campos. 3State University of Maringa, 4Unesp Guaratinguetá.
*dondeo@ieav.cta.br
Pore fraction (%)
The
Monolithic
Vitreous
Carbon (MVC) has been
studied and produced at IEAv,
in the last five years, with the
20
initial goal of producing
substrates for space mirrors.
15
Nowadays, its application is
10
focused on the development
of carbon microstructures.
5
MVC stands out for having
low
density,
electrical
0
conduction,
high
temperature
PTLS HYDROC NITRIC PHOSP SULF MALIC ZINC CHL
resistance,
low
chemical
Catalyst
reactivity, among others. The
Porosity corresponding to the use of different catalysts, MVC is obtained by the
with the same concentration.
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).
[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).
111
Microusinagem a laser de carbono vítreo
Fábio Dondeo1*, Alexandre Aumiller2, Ellen P. Borges2, Álvaro J. Damião,
Nicolau Rodrigues1, Emmanuela M. A. Sternberg1, Márcia Destro1
1
Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Unifesp São José dos Campos.
*dondeo@ieav.cta.br
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
Diferentes fontes de
Perfil 3D medido de ranhuras Vítreo Monolítico.
laser
e
diversos
tipos
de mesas xy foram
micrométricas,
com
diferentes
profundidades, produzidas a laser em estudadas para a movimentação da
Carbono Vítreo.
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.
[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.
112
Laser Micromachining of Vitreous Carbon
Fábio Dondeo1*, Alexandre Aumiller2, Ellen P. Borges2, Álvaro J. Damião,
Nicolau Rodrigues1, Emmanuela M. A. Sternberg1, Márcia Destro1
1
Institute for Advanced Studies – IEAv; 2Unifesp São José dos Campos.
*dondeo@ieav.cta.br
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.
3D profile of micrometric grooves using Several laser sources and different XY
laser, with different depths, produced in tables were compared to execute the
Vitreous Carbon.
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.
[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.
113
Modelos e Métricas de Avaliação de
Capacidades
Equipe: Nilton de O. Lessa1,2,*, Osvaldo C. Imamura1, Mônica Maria De
Marchi1.
1
– ITA
*nilton.lessa@ieav.cta.br
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 centradaem-rede. Em especial, adotar o conceito de
“capacidades” como base para planejamento e
projeto de força implica uma mudança de
Modelo conceitual básico a ser
empregado como framework de paradigma, com uma abordagem de definição de
necessidades de Defesa orientada a objetivos e
avaliação
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 estratégicooperacional 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.
[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).
114
Models and Metrics for Capabilities
Assessment
Staff: Nilton de O. Lessa1,2,*, Osvaldo C. Imamura1, Mônica Maria De
Marchi1.
1
ITA
*nilton.lessa@ieav.cta.br
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 netcentric 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
Basic conceptual model as a
framework for capabilities-based oriented towards goals and flexibility, as opposed
to traditional forms of planning focused on
assessment.
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.
[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).
115
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.
1
– ITA; 3Universidade Federal de Campina Grande- UFCG;.
*patricia.fernandes24@hotmail.com
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
Figura 1-Nanopartículas da permeabilidade inicial, baixo campo coercitivo
ferrita Ni0,5Zn0,5Fe2O4 obtida por (Hc ≤ 103 A/m), valores de magnetização de
reação de combustão.
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.
[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).
116
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.
1
ITA; 3Federal University of Campina Grande – UFCG.
*patricia.fernandes24@hotmail.com
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)
Figure1- Ni0,5Zn0,5Fe2O4 ferrite and low hysteresis losses, reach a saturation
nanoparticles
obtained
by
magnetization by applying a relatively low
combustion reaction.
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.
[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).
117
Projeto PASIL – Resultados
Espectroscópicos
Equipe: M. G. Destro1,2,*, N. A. S. Rodriques1,2, M. E. Sbampato1,2, J. W.
Neri1,
1,2
1
R. Riva , J. Jakutis Neto , 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
1
– ITA
*destro@ieav.cta.br
Os elementos das terras raras (TR) possuem
grandes
interesses
estratégicos,
especialmente 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
Detalhe do sistema de entrega do outras aplicações. O trabalho desenvolvido no
feixe de laser para realizar a
Projeto PASIL, no IEAv/DCTA, contribui para
espectroscopia optogalvânica –
finalidade:
medir
desvios que o Brasil no futuro possa utilizar os TR
enriquecidos em um de seus muitos isótopos,
isotópicos.
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.
[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).
118
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
1
ITA
*destro@ieav.cta.br
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
Details of the laser beam delivery to provide to Brazil in the future, the capability
system to perform the optogalvanic
to produce and use the enriched RE in one of
spectroscopy - goal: isotopic shift
their many isotopes. This can increase the
measurements.
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.
[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).
119
Projeto PASIL – Geração de Vapor Atômico
a Laser
Equipe: Jonas Jakutis Neto1,*, Benedito Christ1, Emmanuela Sternberg2,
Nicolau A. S. Rodrigues2.
1
– ITA
*jakutis@ieav.cta.br
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
Foto de um vapor atômico
de Mo gerado por ablação a dinâmica do vapor, com foco específico na aplicação
Laser
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
[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).
120
PASIL Project – Atomic Vapor Generation by
Laser Ablation
Staff: Jonas Jakutis Neto1,*, Benedito Christ1, Emmanuela Sternberg2,
Nicolau A. S. Rodrigues2
1
ITA;
*jakutis@ieav.cta.br
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
Photo of a Mo Atomic vapor
looking at its use on Atomic Vapor Laser Isotope
generated by laser ablation
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
[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 laserablated molybdenum plume,” Appl. Phys B 116(4), 985-989 (2014).
121
Caracterização de Materiais e Blindagens
Aeroespaciais
D. A. C. L Ronsó1,2,* , A. C. C. Migliano1,2
1
– ITA;
*daniele.ronso@yahoo.com
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
Figura
1Setup
de com a amostra e boa quando a variação de
caracterização de materiais no
temperatura é requerida.
espaço livre.
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.
[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).
122
Characterization of Aerospace Shielding
and Materials
D. A. C. L Ronsó1,2,* , A. C. C. Migliano1,2
1
– ITA;
*daniele.ronso@yahoo.com
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
Figure
1Setup
of noncontacting, nondestructive and better for flat
Electromagnétic
and large samples, and when temperature
Characterization in Free Space
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 sparameters. 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.
[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).
123
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
1
Instituto de Estudos Avançados – IEAv; 2Universidade Paulista – UNIP;
Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA; 4Universidade do Vale do Paraíba UniVaP; 5Instituto de Pesquisas e Ensaios em Voo - IPEV
*claudiofederico@ieav.cta.br
3
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
Learjet, Fantoma Antropomórfico,
atmosfera e a avaliação dos efeitos da
FH-40, Liulin-6B e Hawk.
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
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).
124
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
1
Institute 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
* claudiofederico@ieav.cta.br
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
Learjet, Anthropomorphic Phantom,
of radiation on the crew and avionics systems
FH-40, Liulin-6B e Hawk.
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
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).
125
Efeitos da radiação cósmica na eletrônica
Odair L. Gonçalez1,2, Rafael G. Vaz1, Evaldo C. F. Pereira Jr.1, Peterson R.
Agostinho1
1
– ITA;
*odairlelisgoncalez@gmail.com
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
Ilustração de um chuveiro de por íons pesados e outras partículas
radiação cósmica secundária na ionizantes, que podem afetar o seu bom
atmosfera
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
[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.
126
Cosmic radiation effects in electronics
Odair L. Gonçalez1,2, Rafael G. Vaz1, Evaldo C. F. Pereira Jr.1, Peterson R.
Agostinho1
1
ITA; *odairlelisgoncalez@gmail.com
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
Illustration of a radiation shower in ionizing particles that can affect their proper
the atmosphere
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
[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.
127
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*
1
– ITA; 3Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá – UNESP; Universidade do
Vale do Paraíba – UNIVAP; Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP.
*dcarinhana@ieav.cta.br
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
Mapeamento de fuligem em
particular ao estudo da formação de fuligem
chama de biodiesel
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.
[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.
128
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
ITA;
3
Faculty of Engineering at Guaratingueta – UNESP; 4 University of Paraiba
Valley – UNIVAP; 5 State University of Campinas – UNICAMP.
*dcarinhana@ieav.cta.br
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
Soot mapping in biodiesel flame
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.
[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.
129
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
1
Instituto 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
ou que promovam o
Microestrutura (a) Co2Z, (b) e (c) eletromagnético
isolamento térmico de sensores e dispositivos
CuxCo1-xFe2O4 e (d) Ni0,3Zn0,7Fe2O4.
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).
130
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
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
Microstructure (a) Co2Z, (b) e (c) the thermal insulation of sensors and devices
CuxCo1-xFe2O4 e (d) Ni0,3Zn0,7Fe2O4.
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).
131
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
1
– ITA; 3Fundação de Ciências e Tecnologias Espaciais– FUNCATE
*toro@ieav.cta.br
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.
[1] Thiago L. Assunção. “Determinação
Analítica do Aquecimento Aerodinâmico do
Veículo Hipersônico Aeroespacial 14-X B”. Dissertação Mestrado. Instituto
Tecnológico de Aeronáutica (2014).
Projeto aerodinâmico, estrutural e
térmico e de manufatura do 14-X S
[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).
132
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
1
– ITA; 3Fundação de Ciências e Tecnologias Espaciais– FUNCATE
*toro@ieav.cta.br
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 groundtests [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.
Aerodynamic, structural and
[1] Thiago L. Assunção. “Determinação
Analítica do Aquecimento Aerodinâmico do
of 14-X S
Veículo Hipersônico Aeroespacial 14-X B”.
Dissertação Mestrado. Instituto Tecnológico de Aeronáutica (2014).
thermal design and manufacture
[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
133
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
1
– ITA; 3Fundação de Ciências e Tecnologias Espaciais– FUNCATE; 4ETEP
Faculdades; 5Cel Eng da reserva
*toro@ieav.cta.br
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
Projeto aerodinâmico, estrutural e Mach 10. Rolim [1] e Romanelli Pinto et al. [2]
térmico e de manufatura do 14-X realizaram a investigação experimental, no Túnel
“waverider”
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.
[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
[5] Thiago, L. Assunção; Paulo G. P. Toro, “14th Brazilian Congress of Thermal
Sciences and Engineering”, Natal, (2012).
134
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
1
– ITA; 3Fundação de Ciências e Tecnologias Espaciais– FUNCATE; 4ETEP
Faculdades; 5Cel Eng da reserva
*toro@ieav.cta.br
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
Aerodynamic,
structural
and investigation at the IEAv Hypersonic Shock
thermal design and manufacture of
Tunnel, named T3, on the both "waverider" and
14-X S
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.
[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
[5] Thiago, L. Assunção; Paulo G. P. Toro, “14th Brazilian Congress of Thermal
Sciences and Engineering”, Natal, (2012).
135
Tratamentos Termoquímicos a Plasma
Vladimir H.B. Scheid1,*, Antônio J. Abdalla1, Walter Miyakawa1, Andreia
S.M. Cardoso2.
1
– ITA.
*scheid@ieav.cta.br
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
Nitretação
a
plasma
de desenvolver processos e equipamentos. No
amostras
para
ensaios último biênio as principais atividades realizadas
mecânicos.
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.
[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)
136
Plasma Thermochemical Treatments
Vladimir H.B. Scheid1,*, Antônio J. Abdalla1, Walter Miyakawa1, Andreia
S.M. Cardoso2.
1
Institue of Advanced Studies – IEAv; 2 Aeronautics Institute of Technology –
ITA.
*scheid@ieav.cta.br
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 nitriding of samples for plasma thermochemical treatments, e.g. nitriding,
mechanical tests.
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.
[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)
137
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.
1
– ITA;
* damiao@ieav.cta.br
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.
Caracterização espectral de Atualmente a FAB possui inúmeros sensores em
uma câmera SC5600 fabricada aeronaves que geram uma quantidade relevante
pela FLIR SYSTEMS.
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.
[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.
138
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.
1
ITA;
* damiao@ieav.cta.br
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.
Spectral characterization of the Nowadays, the FAB has a lot of sensors on
SC5600 camera manufactured aircraft that generate a significant amount of data.
by FLIR SYSTEMS.
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.
[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.
139
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.
1
*monteiro@ieav.cta.br
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.
Imagem SAR do R-99
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.
[1] Marcus Vinícius Teixeira Monteiro, " RELATÓRIO PRELIMINAR
COMPLEMENTAR DE AVALIAÇÃO CARTOGRÁFICA DO SAR-SIVAM,
EMBARCADO NAS AERONAVES R-99," DCTA/IEAv-2015.
140
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
*monteiro@ieav.cta.br
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.
SAR Image from R-99
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.
[1] Marcus Vinicius Teixeira Monteiro, "PRELIMINARY REPORT EVALUATION
OF ADDITIONAL CARTOGRAPHIC SAR-SIVAM, BOARDED IN AIRCRAFT R99," DCTA / IEAv 2015.
141

Caderno do WAI vol. 8 - IEAv

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