MISIÓN SÉNECA II

Fecha de Inicio de Actividades: 15 de Enero de 2011

Fecha de Fin de Actividades: Por determinar

Fecha de Lanzamiento: 05 de Junio de 2012

Hora de Lanzamiento: 18:10 GMT - 5

Lugar de Lanzamiento: Marandúa - Vichada Colombia

Integrantes de la Misión:

GRUPO LATEM-GEAA:

Departamento de Ingeniería Mecánica.

  • Director de Misión: Dr.Eng.Mec Fabio Arturo Rojas Mora, Profesor Asociado
  • Líder de Misión: M.Sc Ing.Mec Alejandro Urrego

GRUPO MOOSAS-C3:

Departamento de Ingeniería de Sistemas y Computación.

  • Director de Misión: Ph.D. Ing.Sist Dario Ernesto Correal Torres, Profesor Asistente
  • Líder de Equipo: M.Sc. Ing.Sist Gilberto Pedraza García, Dr (EST)
  • Líder de Equipo: Ing.Sist. Juan Sebastián Urrego Escobar, M.Sc (EST)
  • Ingeniero Investigador: Ing.Mec Santiago Felipe Arteaga Martín, Ing.Sist (EST)
  • Ingeniero Investigador: Bernardo Jose Macias Lamprea Ing.Sist, Ing.Mec (EST)
  • Ingeniero Investigador: Pedro Guillermo Feijoo Garcia Ing.Sist, Ing.Ind (EST)
  • Ingeniero Investigador: Rolando Andrés Amarillo Pérez Ing.Sist (EST)

GRUPO DIEE-CMUA:

Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

  • Director de Misión: Ph.D. Ing.Elec Johann Faccelo Osma Cruz, Profesor Asistente
  • Líder de Equipo: Ing.Elec, Ing.Ilec. Jorge Mario Garzon Rey, M.Sc (EST)
  • Ingeniero Investigador: Nicolás Eduardo Velasquez Saavedra Ing.Elec (EST)
  • Ingeniero Investigador: Carol Ximena Naranjo Valero Ing.Elec, Ing.Sist (EST)

Objetivos Generales:

Diseñar, construir y ensamblar un vehículo de desplazamiento vertical tipo cohete, propulsado por motores-cohete de oxidante y combustible en estado líquido, cuya altura objetivo será el limite estratosférico (11km), portando una bahía de carga en la que se podrá llevar instrumentación electrónica que registre en tiempo real los datos del comportamiento dinámico del cohete.

Resumiendo los objetivos de la misión son:

  1. El cohete construido durante el proyecto tendrá dos etapas autopropulsadas cada una. La primera de ellas por un motor de componentes de combustión líquidos, y la segunda por un motor de combustible sólido Sorbitol + KNO3 (KNSB), que pueda ser lanzado, bajo las normas de seguridad internacionales para la cohetería experimental y en zonas adecuadas para ello. La aeronave deberá ascender un primer tramo, separarse en dos piezas, ascender con autopropulsión de nuevo (segunda etapa) y lograr el apogeo esperado. Durante su recorrido deberá adquirir de manera automática los datos de su funcionamiento (altitud, velocidad y posición geográfica) en su sistema de monitoreo electrónico. Estos datos serán enviados y almacenados en tiempo real a una estación terrena adecuada para recibirles. Dicho sistema será denominado carga útil.
  2. Generar un protocolo de simulación para obtener un comportamiento fidedigno y así detectar a tiempo posibles errores o aspectos a mejorar en el diseño del mismo. De igual manera generar un protocolo de adquisición de datos para la misión que asegure el almacenamiento de los datos adquiridos para su futuro análisis.
  3. Establecer un protocolo de seguridad, pruebas y lanzamiento que pueda ser aplicado al momento de las pruebas del motor-cohete o del lanzamiento de la misión, para reducir al máximo los riesgos o errores causados por los procedimientos que afecten la integridad del personal asistente en tierra.

Desarrollo del Proyecto:

Objetivos del Lanzamiento

La misión Séneca II-Cohete Ainkaa II es un proyecto académico experimental donde se busca diseñar, construir y ensamblar un vehículo de desplazamiento vertical tipo cohete, de comportamiento puramente balístico y control por superficies pasivo, propulsado por un motor-cohete de oxidante y combustible en estado líquido, el primero en su tipo en temas de investigación en cohetería experimental colombiana, portando una bahía de carga en la que se podrá llevar instrumentación electrónica que registre y envíe en tiempo real los datos del comportamiento dinámico del cohete.

Diseño y Simulaciones

Dentro del proceso de creación y manufactura de la Misión Séneca II-Cohete Ainkaa II, se llevó a cabo una etapa de simulación en el software RockSim V9.0® [3,6], de gran importancia para los algoritmos de diseño.

Esta etapa permite corroborar y dimensionar ciertos comportamientos aerodinámicos, geométricos y balísticos del modelo, asociados al tipo de motor, empuje, acabado, tolerancias dimensionales, criterios de estabilidad y geometrías de base del modelo a ser diseñado. Con estos datos se tiene una primera noción de los alcances y limitaciones de la misión, así como información de uso frecuente [4,8] (velocidad, resistencia aerodinámica, aceleración, altitud), que son de gran utilidad tanto para los posteriores procesos y protocolos de seguridad del lanzamiento, como para caracterizar las prestaciones del vehículo a ser construido. A continuación se muestra entonces los resultados obtenidos para la Misión Séneca II-Cohete Ainkaa II.

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Imagen 1. Características básicas del vehiculo.

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Imagen 2. Resultados de la trayectoria.

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Imagen 3. Factores aerodinámicos.

Construcción y Ensamblado

A continuación se presenta una breve descripción de la manufactura de cada pieza o conjunto de piezas elaboradas para esta misión.

Nariz

Esta pieza primordial en el diseño del fuselaje fue realizada a partir de una pieza solida de Urapán o Fresno Canadiense, se efectuaron los distintos pasos de torneado necesarios para generar un cono y un hombro simple como se muestra en la figura.

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Imagen 4. Nariz solida después del proceso de torneado.

Fuselaje

Para la realización de estas piezas se tomó para el fuselaje de la primera etapa una sección de 1m de tubo PVC presión y para la segunda etapa o “sustainer” 3 m de tubo PVC sanitario.

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Imagen 5. Fuselajes en PVC para primera y segunda etapa.

Aletas

Para la manufactura de las aletas se utilizó el simulador RockSim V9.0, con el cual se diseñaron distintas plantas aerodinámicas que cumplieran con los requerimientos de estabilidad deseados en las etapas del Cohete Ainkaa II. Cada diseño fue evaluado y optimizado en relación a la masa, área de sustentación y eficiencia, hasta lograr el mejor diseño adaptado a esta misión.

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Imagen 6. A.) Alma de las aletas de estabilización del cohete AINKAA II etapa 1. B.) Aletas de estabilización del cohete AINKAA II etapa 2.

Motor Cohete PUA L1-6S-2000N

El diseño del Motor PUA L1-6S-2000N es un motor auto-presurizado de combustible líquido, que mezcla en su cámara de combustión gasolina extra en estado líquido y oxigeno gaseoso [1,14,16]. Cada uno de ellos proveniente de 2 reservorios presurizados. El primero de ellos almacena oxigeno en estado liquido, que a su paso por las tuberías y una chaqueta de refrigeración dispuesta en el exterior de la tobera del motor pasa a estado gaseoso. El segundo almacena la gasolina que es presurizada por nitrógeno gaseoso. Ambos fluidos, oxidantes y comburentes respectivamente, pasan por inyectores que los atomizan dentro de la cámara de combustión, para obtener una mezcla homogénea de los dos. Así cuando se genera una fuente de calor que desencadena la combustión, se obtiene un quemado lo más homogéneo posible.

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Imagen 7. Motor PUA L1-6S-2000N: a) Tanque de oxigeno liquido, b) Tanque de gasolina, c) Unidad de combustión.

Motor Cohete KAPPA SB.

El motor-cohete Kappa SB es un prototipo de motor de combustible sólido, con capacidad para quemar 1.5 kg de combustible tipo Candy. El empuje pico y medio aproximado de este motor es de 100 Kgf y 60 Kgf respectivamente, durante 2 segundos aproximadamente ya utilizado en otras misiones del Proyecto PUA.

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Imagen 8. Motor cohete KAPPA SB de combustible solido.

Registro Audiovisual:

Toda la instrumentación, controles y telemetría fue diseñada, construida y administrada por la misión SATURN FASE-I del grupo DIEE-CMUA.

Toda la transmisión y administración de información telemétrica y audiovisual fue diseñada, construida y administrada por la misión CORE C3 del grupo MOOSAS.

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Imagen 8. Vehículo Ainkaa-II en los laboratorios de Uniandes.

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Imagen 9. Despliegue de los Equipos en la zona de lanzamiento

Pruebas del motor PUA L1-6S-2000N.

VÍDEO 1. Prueba de motor visto desde la cámara 1:

Prueba estática de motor

Vídeos del lanzamiento Ainkaa-II.

VÍDEO 2. Lanzamiento del vehículo visto desde la cámara 1:

Video lanzamiento No. 1

VÍDEO 3. Lanzamiento del vehículo visto desde la cámara 2:

Video lanzamiento No. 2

Resultados y Conclusiones:

Durante todo el desarrollo del proyecto se han generado diseños y protocolos encaminados a reforzar y a hacer redundante la seguridad en la implementación y experimentación con propulsión líquida. Evidencia de ello se desarrolló un protocolo de experimentación y pruebas del mencionado motor-cohete.

Adicionalmente, el equipo de propulsión ha sido sometido por el grupo Linde Colombia a rigurosas pruebas de estanqueidad tanto en tanques como en líneas de conducción de fluidos, presurización y accionamiento de dispositivos de seguridad anti-estallido. Con estas pruebas se busca disminuir en la mayoría de lo posible algún evento explosivo que pueda suceder durante el montaje y tanqueo, poniendo en riesgo la vida e integridad del personal en tierra.

Referencias:

[1] A. Aljure. Construction of a model liquid fueled rocket engine. Tesis pregrado, Departamento de Ingeniería Mecánica. Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia, 2007.

[2] 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.

[3] Sitio web Space Foundation. Recuperado el día 6 de Marzo de: http://www.spacefoundation.org/

[4] Gwang R. C., Park. J.J., Chung. E.S. (2008) the Korean Sounding Rocket 1218 Program. Acta Astronautica. (62), 1-9. Recuperado el 5 de Noviembre de 2010 de Science Direct.

[5] Sutton, George Paul. Rocket propulsion elements, 7th Ed. New York: John Wiley & Sons, 2001.

[6] RockSim V9.0®. Simulador de cohetes amateur, fabricado por la empresa Apogee Rockets. Referencia online http://www.apogeerockets.com/rocksim.asp

[7] Hartwig. E., Ziegenhagen. S., (2006). Liquid Rocket engine test facility engineering challenges. Acta Astronáutica, (59), 1123-1134. Recuperado el 5 de Noviembre de 2010 de Science Direct.

[8] Seung-H. H., Kim, H.M., Kim. J. (2007). Overview of scientific payloads onboard the KSR-III rocket. Acta Astronáutica. (60), 1-9. Recuperado el 5 de Noviembre de 2010 de Science Direct.

[9] Wu. J. (2005). Liquid propelant engines health-monitoring-a survey. Acta Astronautica. (56), 347-356. Recuperado el 5 de Noviembre de 2010 de Science Direct.

[10] C. Duque. Modelo y caracterización del patrón de flujo en un sistema propulsivo, (pequeño Motor Cohete) Tesis posgrado, Departamento de Ingeniería Mecánica. Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia, 2002.

[11] Garzón. A. D. Análisis y diseño de la cámara de combustión de un pequeño motor cohete. Tesis de posgrado. Departamento de Ingeniería Mecánica. Universidad de los Andes. Bogotá Colombia. 2002.

[12] Baquero. L.P, Vergara. E. D, Medina. J.J. Diseño y construcción de un prototipo de banco de pruebas para motores de cohete amateur con combustible tipo “candy” Proyecto Intermedio, Departamento de Ingeniería Mecánica. Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia, 2010.

[13] Kerstein A. & Krmelj M. Vega Rocket Series of Multi-Stage Amateur’s Rocket Program 1965-1968. Acta Astronáutica. (53), 811-822. Recuperado el 7 de Noviembre de 2010 de www.sciencedirect.com.

[14] Caisso P. et Al. A Liquid Propulsion Panorama. Acta Astronáutica. (65), 1723-1737. Recuperado el 7 de Noviembre de 2010 de 1248 www.sciencedirect.com.

[15] Noda. K, Endo.M. H-IIA Rocket Program. Acta Astronáutica. (45), 639-645. Recuperado el 7 de Noviembre de 2010 de www.sciencedirect.com.

[17] Experimental Rocketry Site. Richard Nakka. 24 Diciembre de 2011. Ontario Canadá. Recuperado el 15 de Julio de 2011 del URL: http://www.nakka-rocketry.net/

Patrocinadores:

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

  • Universidad de los Andes.

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  • Linde Colombia.

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  • Famecon. Ingeniería y Proyectos.

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  • Swagelok Colombia.

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  • Indumil.

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  • Fuerza Aérea Colombiana.

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  • Fundación Natibo.

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  • Arquinaves.

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misiones/mision2.txt · Última modificación: 2012/12/04 18:14 por sa-artea
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