Análises aerodinâmicas de foguetes de competição estudantil

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dc.contributor.advisorGuzzo, Márcio Expedito
dc.contributor.advisor-coSouza, José Leôncio Fonseca de
dc.contributor.advisor-coLatteshttp://lattes.cnpq.br/0976210016960340
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1656525153092875
dc.contributor.authorSena, João Victor Penêdo
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8062246863443080
dc.contributor.refereeGuzzo, Márcio Expedito
dc.contributor.refereeSouza, José Leôncio Fonseca de
dc.contributor.refereeFerreira, André Guimarães
dc.contributor.refereeMoreira, Thiago Augusto Araújo
dc.date.accessioned2026-07-23T15:05:04Z
dc.date.available2026-07-23T15:05:04Z
dc.date.issued2026-06-19
dc.description.abstractA crescente competitividade em competições estudantis de foguetes, como a Latin American Space Challenge (LASC), demanda ferramentas de análise aerodinâmica precisas e eficientes para otimização de projeto e predição de desempenho. Este trabalho estabelece uma metodologia sistemática de análise aerodinâmica para foguetes de competição estudantil utilizando Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) com o software Cadence® Fidelity®, capacitando a equipe Cefast Aerospace do CEFET-MG para futuros projetos na área de foguetemodelismo. A metodologia integra modelagem preliminar no OpenRocket, modelagem CAD tridimensional no SolidWorks e simulações CFD de alta fidelidade, com fechamento de turbulência k-ω SST e integração até a parede (y+ < 5), em três malhas globais com refinamento progressivo (656 mil, 2 milhões e 7,3 milhões de células). O erro de discretização foi quantificado por extrapolação de Richardson, obtendo-se um valor de arrasto extrapolado de referência Dext ≈ 6,66 N. Os resultados demonstraram convergência monotônica da força de arrasto (de 8,97 N na malha grossa para 7,05 N na malha fina). Uma estratégia de refinamento localizado na esteira, aplicada sobre a malha intermediária N2, levou as configurações RL3 e RL4 a valores de 6,98 N e 6,71 N, respectivamente, identificando a configuração N2-RL4 como ótima, com erro de apenas 0,8% em relação ao valor extrapolado e tempo computacional 44% inferior ao da malha global refinada. O estudo das variações de extensão do volume refinado e de nível de difusão mostrou impacto desprezível (< 0,5%) sobre o arrasto, e os níveis de refinamento RL1 e RL2 revelaram-se insuficientes para a convergência. O coeficiente de arrasto predito (CD ≈ 0,558, referenciado à área frontal do corpo) situa-se na faixa esperada para foguetes esbeltos com aletas em regime subsônico e supera em 18,5% a estimativa de baixa fidelidade do OpenRocket (CD ≈ 0,471), evidenciando que a ferramenta semiempírica tende a subestimar o arrasto de base. Este trabalho estabelece um workflow documentado para análises aerodinâmicas futuras, acelerando o desenvolvimento de projetos de foguetes pela equipe Cefast Aerospace em competições nacionais e internacionais.
dc.description.abstractotherThe increasing competitiveness in student rocket competitions, such as the Latin American Space Challenge (LASC), demands accurate and efficient aerodynamic analysis tools for design optimization and performance prediction. This work establishes a systematic methodology for aerodynamic analysis of student competition rockets using Computational Fluid Dynamics (CFD) with the Cadence® Fidelity® software, enabling the Cefast Aerospace team from CEFET-MG for future projects in the rocketry field. The methodology integrates preliminary modeling in OpenRocket, three-dimensional CAD modeling in SolidWorks, and high-fidelity CFD simulations, with k-ω SST turbulence closure and near-wall integration (y+ < 5), across three global meshes with progressive refinement (656 thousand, 2 million, and 7.3 million cells). The discretization error was quantified through Richardson extrapolation, yielding an extrapolated reference drag value of Dext ≈ 6.66 N. The results demonstrated monotonic convergence of the drag force (from 8.97 N in the coarse mesh to 7.05 N in the fine mesh). A localized wake-refinement strategy, applied to the intermediate N2 mesh, brought the RL3 and RL4 configurations to values of 6.98 N and 6.71 N, respectively, identifying the N2-RL4 configuration as optimal, with an error of only 0.8% relative to the extrapolated value and a computational time 44% lower than that of the refined global mesh. The study of refinement-volume extent and diffusion-level variations showed a negligible impact (< 0.5%) on drag, while the RL1 and RL2 refinement levels proved insufficient for convergence. The predicted drag coefficient (CD ≈ 0.558, referenced to the body frontal area) lies within the expected range for slender finned rockets in the subsonic regime and exceeds the low-fidelity OpenRocket estimate (CD ≈ 0.471) by 18.5%, showing that the semi-empirical tool tends to underestimate base drag. This work establishes a documented workflow for future aerodynamic analyses, accelerating rocket design development by the Cefast Aerospace team in national and international competitions.
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/2853
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.departmentDepartamento de Engenharia Mecânica
dc.publisher.initialsCEFET-MG
dc.subjectAerodinâmica – Teses
dc.subjectFoguetes (Aeronáutica) – Teses
dc.subjectFluidodinâmica computacional – Análise – Teses
dc.subjectGeração de malhas numéricas (Análise numérica) – Teses
dc.subjectDinâmica dos fluidos na Engenharia – Teses
dc.subjectArrasto (Aerodinâmica) – Teses
dc.titleAnálises aerodinâmicas de foguetes de competição estudantil
dc.typeTrabalho de Conclusão de Curso da Graduação

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