Fecha de Inicio de Actividades: 15 de Enero de 2009

Fecha de Fin de Actividades: 09 de Junio de 2009

Fecha de Lanzamiento: 09 de Junio de 2009

Hora de Lanzamiento: 13:20 GMT - 5

Lugar de Lanzamiento: Marandúa - Vichada Colombia

GRUPO LATEM-GEAA:

Departamento de Ingeniería Mecánica.

• Director de Misión: Fabio Arturo Rojas Mora Dr.Eng.Mec., Profesor Asociado
• Líder de Misión/Ingeniero Investigador: Alejandro Urrego Ing.Mec (EST)

Este trabajo de grado está dentro de la categoría de cohetería experimental o amateur, cuyo objetivo no solo es generar el lanzamiento de un modelo enteramente diseñado en la Universidad de los Andes, sino proponer un protocolo de seguridad profesional, que garantice la integridad del personal y una buena recolección de datos para su análisis.

Resumiendo los objetivos de la misión son:

1. Realizar los procesos de manufactura requeridos para la construcción de un cohete Ainkaa 1, incluyendo todos sus aditamentos de lanzamiento y montajes de seguridad para el personal en tierra.
2. Construir una aeronave que cumpla la misión de llevar 220 gr de carga útil (paracaídas, instrumentación, etc.), a una altura de 1km de altura propulsado por un motor GITA.
3. Corroborar el comportamiento balístico para el cual fue diseñado siguiendo la reglamentación impuesta por la universidad y gobierno para el desarrollo de estas actividades.

La realización de este modelo se hace basado en el diseño propuesto en el diseño y simulación de un cohete con carburante solido [15], al que se le modificaron algunos elementos y dimensiones para aligerar y optimizar su rendimiento desde el punto de vista aerodinámico. Una vez diseñado, simulado en RockSim V 9.0 y aprobado, se procedió a su construcción.

1. Obtener, de parte del modelo, un techo de lanzamiento de aproximadamente 1±0.03 Km, llevando consigo hasta 1 Kg de carga util, representado en instrumentos telemétricos y sistemas de eyección de sistemas de recuperación.
2. Todo cohete experimental amateur debe lanzarse desde una plataforma, rampa o torre estable y que provea al cohete de una guía o soporte durante el tiempo necesario para que sus aletas actúen aerodinámicamente y aseguren el rumbo vertical del cohete. Se utilizará una chapa deflectora de los gases de combustión y se limpiara los materiales combustibles en el área con un radio de 5.0 m alrededor de la rampa. [2]
3. Recuperar de manera efectiva la aeronave con por lo menos el 80% de sus partes estructurales. Para este criterio se deberá hacer una inspección visual y metrologica de las partes recuperadas, en busca de desperfectos ocasionados en el vuelo y en el aterrizaje.
4. Se utilizará un sistema de encendido con ignitores eléctricos y control remoto (cable). La caja de control de disparo tendrá algún tipo de interruptor de seguridad (preferentemente removible) conectado en serie con el pulsador de disparo, el cual volverá a la posición de apagado luego de ser accionado. Por seguridad todo el personal permanecerá a una distancia de la plataforma determinada por la disposición de anillos del protocolo de seguridad [3].

Antes de efectuar una misión de lanzamiento es necesario realizar simulaciones de comprobación, corrección y optimización del modelo realizado. Especialmente cuando se está trabajando con cohetería amateur, cuyo campo de acción se enfoca en el diseño y creación de modelos nuevos aun no probados. Esto no solo permite predecir las posibles eventualidades que pueden poner en riesgo la seguridad del equipo sino que permite hacerse una idea del comportamiento general del vehículo a lanzar. Por esta razón, el modelo de cohete propuesto en: Diseño y Simulación de un Cohete con Carburante Solido [15], fue objeto varias simulaciones en el ya mencionado RockSim V9.0 de la empresa Apogee Rockets®.

Imagen 1. Características básicas del vehiculo.

Imagen 2. Resultados de la trayectoria.

Imagen 3. Resultados de los factores aerodinámicos a) Aceleración total en eje x y y. b) Velocidad. c) Variación de Centro de Presión, d) Variación del Coeficiente de Arrastre.

Las aletas son elementos primordiales que determinan la estabilidad del modelo, ya que su geometría y ubicación afecta directamente sobre la ubicación del centro de presión del modelo.

Imagen 4. Aletas con Piel de Balso y estructura de Aluminio.

La manufactura del fuselaje se hizo a partir de 2 tubos de PVC, cuya medida comercial es 2 in de diámetro. Sin embargo cada uno de ellos con espesor de pared distinta para optimizar de la mejor manera la resistencia estructural y el peso total del cohete. De esta forma se eligió un tubo de 2” (60.4 mm reales) de diámetro con espesor de 3.00 mm la parte inferior del vehiculo y otro del mismo diámetro con espesor de 2.00 mm

Imagen 5. Fuselaje completo del cohete.

El proceso constructivo de la nariz del cohete se simplificó de gran manera al producirse el sólido utilizando una maquina de prototipado rápido, la cual generó la geometría parabólica deseada a partir de un diseño hecho en CAD.

Imagen 6. Nariz parabólica manufacturada.

El cohete Ainkaa tiene un total de 2 cuadernas estructurales y 1 para-llamas. Las estructurales fueron hechas de polietileno de alta densidad, a partir de una pieza cilíndrica solida de 10 cm de diámetro.

Imagen 7. a) Mamparo con trazo de eje radial. b) Ubicación de los agujeros de los mamparos. c) Cuaderna para-llamas o cortafuegos.

El paracaídas se realizó de forma Octogonal, en Nylon Impermeable con una tasa de caída de 16.2 Km/h. Según catalogo de la Empresa Apogee Rockets [4], el tamaño adecuado del paracaídas para un cohete con un peso estimado de 1.5 kg es de 1.10 m de diámetro.

Imagen 8. Disposición del Paracaídas. a) vista frontal y b) vista lateral.

Imagen 9. Vehículo Ainkaa-I.

Imagen 10. Secuencia de lanzamiento.

VÍDEO 1. Lanzamiento del vehículo desde su plataforma de despegue: Video lanzamiento

Tabla 1. Datos finales de la misión.

En el desarrollo de este proyecto se pusieron en marcha gran cantidad de habilidades y personal capacitado que fueron las variables determinantes en el éxito de esta primera Misión Séneca de Cohetería Amateur desarrollada por la Universidad de los Andes.

De los logros más importantes en esta misión, cabe resaltar la increíble facilidad con la que se puede instrumentar un artefacto de este tipo. Si bien es cierto es necesario hacer un esfuerzo económico para obtenerlo, la facilidad de montarlo y obtener datos precisos en un experimento de lanzamiento es grande. Lo cual permite no solo obtener datos de comportamiento aerodinámico, sino documentar de manera efectiva un lanzamiento de cohetería amateur.

Imagen 11. Recuperación del Vehículo.

Otro logro importante reflejado en el momento de despegue, fue el haber logrado con gran precisión el punto optimo de fabricación, almacenamiento y quemado del combustible KNSB, por lo menos con la pureza de la materia prima con la que se cuenta en este momento. Después de obtener estos resultados se llega a la conclusión que de este combustible se puede obtener un mayor desempeño, si se logran fabricar granos con Nitrato de Potasio de una mayor pureza, al menos un 98-99% puro.

Otra enseñanza valiosa que deja esta experimentación es la implementación futura de sistemas de recuperación redundantes, a los modelos y prototipos que se lancen próximamente. Ya que como se vio en este lanzamiento, el único sistema de recuperación falló, y eso llevó a la perdida datos que llevaba la instrumentación. De igual manera, al momento de ir al sitio del aterrizaje, independiente de si se hubiese recuperado el vehiculo, seria muy útil un sistema de ubicación de tipo visual, sonoro, de radiofrecuencia o electromagnético que permitiera ubicar de manera efectiva el cohete.

[1] Enciclopedia online Wikipedia Recuperado de: http://es.wikipedia.org/wiki/Coheteria_amateur. Febrero de 2009.

[2] Asociación de cohetería experimental y modelista argentina. Recuperado de http://www.acema.com.ar/SEG_Experimentacion.html. Febrero de 2009, Argentina.

[3] Asociación de cohetería Trípoli Alta potencia. Recuperado de http://www.tripoli.org/documents/safety_code.shtml.Febrero de 2009. USA.

[4] Productos para cohetería experimental. Recuperado de http://www.coolest-gadgets.com/wp-content/uploads/usb-digital-camera-rocket.jpg. Febrero de 2009. USA.

[5] SUTTON, George. BIBLARZ, Oscar. Rocket Propulsion elements. Ed Wiley. Nueva York 2001.

[6] PEREZ, Russells. Calculo de motores cohete con propulsor solido. Academia de Artillería. Segovia. España. 1970.

[7] PEREZ, Russells. Diseño de motores cohetes con carburante solido. Academia de Artillería. Segovia. España. 1970. - 66 -

[8] BUSTOS. R Andrés. Metodología matemática para el análisis aerodinámico de cohetes. Tesis de Pregrado. Universidad San Buenaventura. Bogotá. Colombia 2005.

[9] Nakka. Richard. Web Site de Cohetería Amateur. Ontario. Canadá. Recuperado de http://www.nakkarocketry.net/articles/DED.pdf

[10] URREGO. P. Alejandro. Control de calidad en propelentes sólidos para motores cohete. 2do Congreso Internacional de Ciencia y Tecnología Aeroespacial. CICTA 2008. Cali, Colombia.

[11] Nakka. Richard. Web Site de Cohetería Amateur.Ontario. Canadá. Recuperado de http://www.nakka-rocketry.net/articles/Crimson_powder.pdf.

[12] Nakka. Richard. Web Site de Cohetería Amateur.Ontario. Canadá. Recuperado de http://www.nakka-rocketry.net/articles/emt_rocket_launcher.pdf

[13] GARZON. A. Diego. Análisis y Diseño de la Cámara de Combustión de un Pequeño Motor- Cohete. Tesis de Maestría. Universidad de los Andes. Bogotá. Colombia, 2002.

[14] DUQUE. D. Carlos. Modelo y Caracterización del Patrón de Flujo en un Sistema Propulsivo. Tesis de Maestría. Universidad de los Andes. Bogotá. Colombia. 2003.

[15] JIMENEZ. G. Álvaro. Diseño y Simulación de un Cohete con Carburante Solido. Tesis de Pregrado. Universidad de los Andes. Bogotá. Colombia. 2003.

[16] Arbeláez. D. Informe Final de Monitoreo de Misión Seneca, Informe de Proyecto Intermedio. Universidad de los Andes, GEAA. Bogotá.Colombia. 2009.

Esta es una lista de las organizaciones y empresas que han ayudado y hecho posible la realización de esta misión:

• Universidad de los Andes.

• Famecon. Ingeniería y Proyectos.

• Fuerza Aérea Colombiana.

• Arquinaves.