Proyecto Final Educación Superior Armonía

Cohete Experimental Autoestable"AMBITION"

29 de Noviembre de 2024

Araceli Esmeralda Liñan FloresPablo Márquez GonzálezJuan Pablo Figueroa RodríguezAdan Oswaldo Sandoval CárdenasAlvaro De La Peña PérezGuillermo Kaleb Araujo Vargas

29 de Noviembre de 2024

Ingeniería Aeroespacial

Because we're a team

"Space D. & Cheli"

Índice

1.

Idea Principal

2.

Planteamiento

3.

Justificación

4.

Objetivos

5.

Diseño

6.

Cohete Base

7.

Materiales

8.

Fundamentos

9.

Procedimiento

10.

Resultados

11.

Conclusiones

12.

Referencias

1.Idea Principal

COHETE EXPERIMENTAL AUTOESTABLE

El diseño de un cohete autoestable conlleva conocer el centro de gravedad, centro de presiones, diseño de las aletas, su simetría, diseño aerodinámico, la relación con la masa y principalmente su estabilidad dinámica.Sumado a las caracerísticas anteriores se planeaba hacer uso de sistemas de control por medio de PID (Control Proporcional,Integral y Derivativo) para el movimiento de las aletas dependiendo de los factores que afecten la trayectoria del cohete. Además de contar con un sistema de telemetría que mediría la aceleración, velocidad y su respectiva trayectoria.

2. Planteamiento

Los alerones traseros, esenciales para este proceso, suelen diseñarse de manera básica, lo que limita su eficiencia aerodinámica y aumenta el peso total del cohete, afectando negativamente su rendimiento. Esto plantea la necesidad de desarrollar diseños innovadores y optimizados que mejoren la funcionalidad de los alerones, reduzcan su impacto en el peso y aumenten la eficiencia general del cohete durante el vuelo.

3. Justificación

Este proyecto busca desarrollar un sistema innovador de estabilización para cohetes pequeños, abordando un desafío técnico no explorado previamente en nuestra universidad.

Más allá de contribuir al avance aeroespacial, pretende fomentar la investigación práctica y ofrecer más que nada a los participantes una valiosa experiencia técnica, clave para destacar en un campo donde la innovación es fundamental.

4. Objetivos

Generales

• Establecer una base de conocimiento científico de física, diseño, programación y aerodinámico, fundamentales para diseñar un circuito auto estabilizador.
• Establecer una base de conocimiento empírico, así como contar con el cohete construido en físico, habiendo obtenido un análisis por telemetrías.

Específicos

• Desarrollar habilidades en el diseño de cohetes.
• Utilizar Open Rocket para el diseño.

• Modelar y calcular telemetrías aerodinámicas (ANSYS)

• Simular el despegue del cohete (SIMULINK)

• Adquirir conocimientos prácticos sobre la construcción de cohetes.

• Construir un cohete funcional desde cero

• Realizar el lanzamiento del cohete.

• Medir y analizar datos relevantes durante el vuelo.

OPEN ROCKET

5. Diseño

5. Diseño

ANSYS

5. Diseño

LIFT

DRAG

5. Diseño

6. Cohete Base

La finalidad de la construcción del cohete con motor P59 fue para conocer los fundamentos de su funcionamiento para la comprensión y conocimiento de sus componentes, adaptarlos y que funcionen a favor de su estabilidad.

Se construyeron 4 motores de prueba y 3 cohetes con cargas distintas debido a que cada cohete se fue perfeccionando dependiendo de los resultados previamente obtenidos de cada prueba. Es decir, que en total se construyeron 7 motores cohete.

• Talco
• Algodón
• Tubo de aluminio de 1/4
• Rondana 5/16
• Tornillos prisioneros cabeza tipo allen 3/16
• Plastiloca
• Silicón caliente

• Ojiva (PLA)
• Tuvo PVC cédula 40
• Aletas de Madera Balza
• Tubo de aluminio (15 cm)
• Plastilina
• Bolsas de Plástico
• Hilaza

7. Materiales

Materiales

• Fuselaje: Tubo de cartón (36mm diámetro)
• Motor

- Carga tipo Candy - Oxido de Hierro- Nitrato de Potasio- Azúcar Mascabado - Carga de Retardo- Polvora Negra- Carga tipo Candy- Barro

Herramientas

• Pieza de Nylamid torneada con hueco para insertar la barilla
• Barilla de aluminio 1/8
• Compactadores de Nylamid
• Broca de 9/64 para metal

8. Fundamentos Aerodinámicos

Cohete Ambition MAI

Existen detalles que deben ser tomados en cuenta para la construcción del cohete, ya que, cuenta con múltiples materiales donde cada uno tiene una finalidad en específico y su composición podría afectar de manera positiva o negativa a la trayectoria de vuelo y principalmente el despegue del cohete.

Estos detalles consisten en:

• La ojiva se debe lijar, ya que, debido a la impresión del PLA, contiene protuberancias y genera arrastre.
• La ojiva lleva peso para balancear el centro de gravedad y no se pegue al centro de presiones, lo suficiente para ser estable.
• La plastiloca funciona como sellador para que el propelente no tenga otra salida de escape además de la tobera.
• Las aletas funcionan como estabilizador generando sustentación en sentido opuesto de la deflexión del flujo.

8. Fundamentos

• El azúcar funciona como combustible.
• El nitrato de potasio actua como el oxidante, proporcionando oxígeno para que exista esta combustión.
• El óxido de hierro funciona como catalizador, previene exposiones espontáneas y le da uniformidad a la reacción.

Para desencadenar la reacción se necesita generar una chispa.

Función de Candy

Ut

9. Procedimiento

8. Procedimiento

9. Procedimiento

9. Procedimiento

9. Procedimiento

9. Procedimiento

VC

V-

VJ

9. Procedimiento

9. Procedimiento

10. Resultados

AERODINÁMICA

El cohete se modela como un sólido rígido libre que está sujeto a fuerzas y momentos provenientes del empuje motor (T), el peso (W) y la resistencia aerodinámica (D).Las fuerzas de empuje motor se sitúan en un punto de la tobera, para simplificar el estudio se consideran situadas en el centro de la garganta de la tobera. Las fuerzas aerodinámicas, que son fuerzas distribuidas, se pueden simplificar en una fuerza y un momento situado en el centro de presiones del cohete. Finalmente, el peso se sitúa en el centro de gravedad.

10. Resultados

10. Resultados

8. Resultados

Las pruebas en los motores revelaron la importancia de la experimentación empírica, destacando la necesidad de una metodología robusta para la carga propulsora.

Durante las pruebas de vuelo:

• El primer cohete sufrió una ignición prematura y falló poco después del despegue.
• El segundo cohete mostró mejor tiempo de vuelo y un sistema de recuperación exitoso, pero persistieron problemas de ignición rápida.
• El tercer cohete tuvo el vuelo más estable y prolongado, aunque presentó desviaciones significativas en su trayectoria debido a fuerzas aerodinámicas no controladas.

Diagrama de Bloques del Sistema de Control

10. Resultados

Corrección del sistema PID

10. Resultados

SIMULINK

10. Resultados

El proyecto del cohete Ambition ha progresado significativamente durante su fase de construcción y pruebas iniciales, proporcionando valiosas lecciones que impulsarán las próximas etapas de desarrollo. Aunque se lograron avances en el rendimiento y estabilidad del cohete, también se identificaron áreas críticas que requieren atención.

11. Conclusiones

12. Referencias

Referencias bibliográficas

Gracias

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