MISIÓN SÉNECA VII

Fecha de Inicio de Actividades: 12 de Febrero de 2013

Fecha de Fin de Actividades: En curso

Fecha de Lanzamiento: 16 de Diciembre de 2016

Hora de Lanzamiento: 2:00 pm

lugar de Lanzamiento: Marandúa, Vichada, Colombia

Integrantes de misión:

GRUPO DE INVESTIGACIONES AEROESPACIALES - GIAS

Universidad de San Buenaventura, Bogotá - Departamento de Ingeniería Aeronáutica

  • Director de misión: M.Sc. Ing. Mec Jose Alejandro Urrego, Profesor Asistente
  • Lider de misión: Marlon Gabriel Rincon Moreno (EST)
  • Lider de equipo: Luis Felipe Ibáñez Pachón (EST)
  • Ingeniero investigador: Daniel Eduardo Rolón Buenhaber (EST)

GRUPO PUA:

Universidad de los Andes, Bogotá - Departamento de Ingeniería Mecánica

  • Dr.Eng.Mec. Fabio Arturo Rojas Mora, Profesor Asociado
  • Eng.Carlos Hincapie Alarcon Ing.Mec.

Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

  • Ph.D. Ing.Elec Johann Faccelo Osma Cruz, Profesor Asistente
  • Maria Angélica Arroyo (EST)

Departamento de Ingeniería de Sistemas y Computación

  • Ph.D. Ing.Sist Dario Ernesto Correal Torres, Profesor Asistente
  • M.Sc. Ing.Sist Gilberto Pedraza García, Dr (EST)

Objetivos Generales:

La presente misión tiene la tarea de diseñar, construir y lanzar un prototipo funcional del cohete AINKAA V con la capacidad de alcanzar una altitud que este entre los 7 y 11.7 kilómetros para superar la tropopausa y colocar el primer cohete colombiano en la estratosfera.

Los objetivos específicos del proyecto son:

  • Diseñar un vehículo de desplazamiento vertical, con propulsión por combustible sólido y con posibilidades de alcance estratosférico en vuelo balístico.
  • Construir el AINKAA V y preparar un lanzamiento debidamente planeado con las normas de seguridad adecuadas en un espacio de lanzamiento en territorios vigilados por la Fuerza Aérea Colombiana.
  • Ubicar en el AINKAA V dispositivos de medición que permitan determinar los alcances reales del cohete y confrontarlos contra los del diseño.

Desarrollo del Proyecto:

El Grupo de Investigación Aeroespacial (GIAS) de la Universidad de San Buenaventura Sede Bogotá en convenio con el Proyecto Uniandino Aeroespacial de la Universidad de los Andes desarrollaron la misión de cohetería experimental Séneca VII, con el objetivo de alcanzar una altura de 11.7 kilómetros (38 385.83 pies) por medio de un cohete balístico. El diseño del cohete fue llamado AINKAA V (siguiendo la nomenclatura de PUA), este prototipo fue planteado como proyecto de grado de Ingeniería mecánica de la Universidad de los Andes por el estudiante Carlos Hincapié [1] sin que pudiera ser terminada, pero dejando las bases para los diseños posteriores. A inicios del primer periodo académico del 2013 el profesor Alejandro Urrego delega la misión a uno de los grupos miembros de GIAS y se empiezan a realizar simulaciones con ayuda del programa RockSim V9.0® que establecen parámetros por corregir y que permiten elaborar un diseño mejorado del cohete AINKAA V, el cual partiendo de elementos obtenidos previamente, es optimizado al máximo para obtener el mayor rango de altura posible. Una vez realizado el diseño con base en los parámetros nombrados, se procedió a la etapa de construcción de cada uno de los elementos que permitirán el adecuado funcionamiento del cohete y con ello el cumplimiento de la misión.

Primeros diseños

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Imagen 1. Plano de ensamble del vehiculo Ainkaa V.

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Imagen 2. Altitud Ainkaa V vs Tiempo.

Diseño final y Simulaciones

Basados en el diseño inicial y variando algunas medidas de sus partes, se realizaron varias simulaciones que permitieron observar el comportamiento del cohete y así, escoger los cambios indicados para el prototipo final el cual se puede comparar con el diseño de Hincapié en la imagen 2

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Imagen 3: Comparación del primer diseño (arriba)y el diseño final para el AINKAA V (abajo).

En la primera etapa se dejó una longitud de fuselaje de 632 mm, manteniendo las medidas de diámetro (168 mm y de calibre 5 mm) y la cantidad de motores ubicados. En la segunda etapa se aumentó la longitud del modelo a 612 mm, pero se disminuyó el diámetro del fuselaje a 82 mm externo con una pared de 3 mm. En la tercera etapa se aumentó la longitud a 850 mm de largo y se mantuvo el diámetro y espesor de pared de la segunda etapa modificada. Este cambio en los diámetros de las ultimas etapas, permitió disminuir las fuerzas de arrastre generadas a las velocidades de desplazamiento del cohete como se puede comparar en la Imagen 3.

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Imagen4: Fuerza de arrastre sobre el cohete (Drag vs segundos). Diseño Hincapíé(izq) y diseño GIAS (Der).

Para las aletas se usaron como modelos las aletas de los cohetes Iris de la NASA y Diamant A de Francia (Imagen 6), en las aletas del este prototipo final se diseñaron con la intención de construirlas en aluminio de 3mm, siendo más angostas que las aletas predecesoras pero con un diseño que permite obtener una estabilidad similar. Además para la primera etapa, debido a la disminución de la longitud de ese fuselaje, se agrego una cuarta aleta para mantener el diseño estable.

Finalmente, con las aletas escogidas, se simuló de nuevo para ver el comportamiento del número de Mach a lo largo del vuelo (Imagen 4), con la intención de definir que tipo de perfilado se le iba a dar a las aletas de cada etapa.

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Imagen 5: Comportamiento del número de Mach a lo largo del vuelo del cohete (segundos).

Construcción y Ensamblado

La construcción del prototipo diseñado por GIAS empezó con el corte de los tubos de PVC para la creación de los fuselajes de cada etapa teniendo especial cuidado con la superficie y con los refrentados de cada tubo para asegurar la que los centros de cada tubo estuvieran sobre el mismo eje y garantizar así un vuelo estable. Sobre estos tubos también se abrieron unas ranuras especialmente hechas para las aletas de cada etapa, el desarrollo de la construcción de estas etapas se puede ver en la Imagen 5.

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Imagen 5: Corte y construcción de fuselajes.

Con los fuselajes realizados se procedió a la construcción de los mamparos o anillos de soporte para los motores de cada etapa. Estos mamparos, previamente diseñados se elaboraron en aluminio para las etapas 2 y 3 (Imagen 6) y se sujetaron con tornillos debidamente avellanados para no generar arrastre parásito sobre la superficie del fuselaje, en la Imagen 9 es visible la posición de los mamparos en el motor Kappa Delta Uniandes(para mas información del motor visitar la MISIÓN SÉNECA III)

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Imagen 6: Mamparos de etapas 2 y 3.

Para la primera etapa, debido a que lleva tres motores, se procedió a construir sistema de sujeción para los motores un poco más complejo que previamente diseñado consistía en dos discos, uno de acero y otro de aluminio que eran soportados en el fuselaje por un anillo atravesado con tornillo avellanado y la unión entre los discos se daba por tres varillas roscadas, que eran apretadas a cada anillo por un sistema de contra rosca como se ve en la Imagen 7.

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Imagen 7: Mamparos de sostenimiento para los motores de la primera etapa

Para la unión de las etapas 1 y 2 fue necesario unir el acople macho con la pieza cónica de reducción de área, esta última, fue realizada en fibra de vidrio después de comprobar su utilidad en la simulación ya mostrada, para ello se usó un modelo en cartón forrado en cinta que permitió la construcción de un molde de la mitad y así obtener dos piezas simétricas que al unirlas nos darían forma a la sección cónica deseada. Para poder unir este elemento con el acople macho de aluminio, se montó la pieza cónica en un torno que realizó un agujero a la medida del acople y permitió además un desbaste que luego sería cubierto con masilla para facilitar la etapa de pintura.

En la instalación de las aletas fueron diseñadas con un aluminio de 3 mm de calibre, para su elaboración se cortaron usando un láser que por medio del diseño computarizado realizaba el corte de acuerdo a la geometría planteada anteriormente, el resultado de este corte se puede observar en la Imagen 8. Para la sujeción con los fuselajes, cada aleta fue ubicada en las ranuras, mencionadas previamente, después de haber realizado el proceso de perfilado y, en el caso de las aletas de la primera etapa, el cubrimiento con láminas de balso. Finalmente, fueron selladas con soldadura epóxica de secado rápido lo que permitía obtener el fearing entre el tubo y las aletas.

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Imagen 8: aletas para el cohete AINKKA V .

Finalmente, con cada etapa debidamente terminada, se sujetó el cono con tornillos avellanados teniendo en cuenta el espacio necesario para la electrónica mencionada y finalmente se ensamblaron todas las etapas. En la Imagen 9, se puede observar el montaje final de todas las etapas y el diseño de pintura final.

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Imagen 9: Ensamblado de todas las etapas del cohete AINKAA V.

Preparación de lanzamiento

Usando el apoyo de GOOGLE EARTH©, se generó una predicción de la trayectoria del cohete sobre el lugar de lanzamiento.

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Imagen 10: Pronóstico de trayectoria de lanzamieto

Simulacro de lanzamiento

Con el fin de realizar correcciones y confirmar los procedimientos establecidos en los manuales y procedimientos, se realizó un simulacro en las instalaciones de la Universidad de San Buenaventura con el que se corroboró el comportamiento del equipo y se manejó el tiempo de duración de todo el proceso de lanzamiento.

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Diseño de pintura

El diseño de la pintura del cohete fue desarrollado por la diseñadora y estudiante del departamento de ingeniería mecánica: Sofia Larrota, en la imagen inferior se observa el diseño y la explicación del mismo.

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Imagen 11: Diseño de pintura para el cohete AINKAA V

Registro Audiovisual:

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Resultados y Conclusiones:

:!: esta actividad no se ha finalizado hasta el momento :!:

Referencias:

[1] Hincapié, Carlos. Desarrollo de la misión Séneca VII, 2012, Bogotá, Trabajo de Grado(Ingeniero Mecánico). Facultad de Ingeniería, Universidad de Los Andes.

[2] Misión Séneca VII. Proyecto Uniandino Aeroespacial. Marzo de 2013. Bogotá, Colombia. Recuperado 30 Junio de 2013 del URL:https://pua.uniandes.edu.co/doku.php?id=misiones:mision14

[3] Duque, Peláez, M (2011) Construcción y lanzamiento de un cohete de dos etapas con alcance sub-estratosférico, misión séneca III. Bogotá, 2011. Universidad de los Andes. Facultad de ingeniería. Departamento de Ingeniería Mecánica.

[4] Nakka, Richard. Teoría Sobre Motores Cohete de Propelente Sólido. [En línea]http://www.nakka-1876rocketry.net/articles/nakka_theory_pages.pdf.

[5] Misión Séneca III. Proyecto Uniandino aeroespacial. Marzo de 2013. Bogotá, Colombia. Recuperado 30 de Junio de 2013 del URL:https://pua.uniandes.edu.co/doku.php?id=misiones:mision3

[6] Nakka, Richard. Experimental Rocketry Web Site- Aerofoil shape of the fins. Abril de 2013. Bogotá, Colombia. Recuperado 30 de Junio de 2013 de URL: http://www.nakka-rocketry.net/fins.html

[7] NASA Iris Sounding Rocket, in use 1960-62 by Colleen M. Scott © (en línea), Recuperado del URL: http://farm6.static.flickr.com/5248/5685457061_61175ab400.jpg

[8] Misión Séneca II. Proyecto Uniandino aeroespacial. Marzo de 2013. Bogotá, Colombia. Recuperado 30 de Junio de 2013 del URL: https://pua.uniandes.edu.co/doku.php?id=misiones:mision2

[9] Diamant A rocket, Museo del aire y el espacio de Paris, Le Bourget (Francia).2009. Recuperado 30 de Junio de 2013 del URL:http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fusee-Diamant-A-Musee-du-Bourget_P1010661.jpg

[10] Misión Saturn Fase-1. Proyecto Uniandino Aeroespacial. 2009. Recuperado el 30 de Junio de 2013 del URL: https://pua.uniandes.edu.co/doku.php?id=misiones:mision10

[11] NASA. The Beginner's Guide to Aeronautics. Model Rockets. Recuperado en Marzo -Abril del 2013. En: http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/rocket/

[12] J.A. Urrego. Investigaciones en Cohetería experimental. Misión Seneca, lanzamiento del cohete Ainkaa 1.Tesis pregrado, Departamento de Ingeniería Mecánica. Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia, 2009.

Patrocinadores:

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

  • Aerotech y Grupo de Investigaciones Aeroespcaciales GIAS .

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  • Universidad los Andes.

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  • Universidad de San Buenaventura.

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  • Fuerza Aérea Colombiana.

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  • Indumil.

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  • Lismar

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  • Comisión colombiana del espacio

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  • Fundación Natibo.

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  • PUA-C3.

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  • Randal

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  • Saturn

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misiones/mision14.txt · Última modificación: 2016/12/14 10:26 por farojas
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