Análisis del motor de un cohete híbrido mediante el método de los elementos finitos

Abstract

Resumen: este documento describe el proceso de análisis del motor híbrido denominado M1. El objetivo de analizar este motor es simular el comportamiento cercano a la realidad del motor que irá en un cohete que alcanzará la línea de Kármán. Para ello, se analiza el comportamiento del conjunto mediante MEF (Método de los Elementos Finitos), comprobando si el modelo es capaz de soportar las presiones internas y temperaturas a las que se ve sometido, y teniendo en cuenta las tensiones y deformaciones que aparecen en él.

Laburpena: errealitate bihurtutako ametsa izan dira betidanik suziriak eta hauen erabilera hegaldietan. Gaur egun, badira enpresa eta espazio agentzia ugari teknologia berriak garatzen dituztenak ikerkuntza aeroespazialaren alorrean aurrerakuntza sustatzeko helburuarekin. Hala ere, sektoreko enpresa eta agentzia horiek ez dira erronka berri horiek lortzeko helburuak ezartzen dituzten bakarrak. Euskal Herriko Unibertsitatean (EHU) lan talde bat sortu da, BiSKY Team izenekoa, Kármán marraraino heltzeko gai den suziri bat diseinatzeko eginkizunarekin, 100km-ko altueraraino. Talde honek, propultsio hibridodun motore bat eraikitzen lehenengoa izan nahi du. Talde honen barruan, ikasle talde bakoitzak suziri motore hibrido baten atal desberdinak diseinatu, eraiki eta frogatzen ditu, taldekideei, suziri hauen azpisistemak frogatzea dela medio, funtsezko ezagutza eta trebetasunak garatzeko aukera eskainiz. Egungo proiektuek errekuntza eta gehigarri posibleen ikerketa, egitura diseinu arin eta aerodinamikoak, jariakinen dinamika konputazionalaren ikerketa, eta bi jausgailu bidezko suziriaren berreskuratze sistema barne hartzen ditu, besteak beste. Proiektu horietako bakoitzak, azpisistema baten osagai jakin baten ikuspegi oso zehatza eskaintzen du. Hau guztia kontuan hartuta, dokumentu honek M1 izeneko motore hibridoaren aztertze prozesua deskribatzen du. Azterketa honen helburua Kármán marrara helduko den suziriaren motoreak izan dezakeen jarrera simulatzea da, errealitatera ahalik eta gehien gerturatuz. Horretarako, atalen multzoaren jarrera aztertzen da Elementu Finitoen Metodoa bidez, eredua barne presio eta tenperatura jasateko gai izango den konprobatuz eta ereduarengan agertuko diren tentsio eta deformazioak kontuan izanda. Saiakera aurreko analisia egin ahal izateak fabrikazio prozesuan errepikatze desberdinak burutu behar izatea ekiditen du. Gainera, lortutako emaitzek jarreraren parametro desberdinak ezagutzea baimentzen dio talde bakoitzari, geroagoko prototipoetan abiapuntu datu bezala erabili daitezkeenak. Azkenik, esatea, proiektuak eskaini duen esperientziari esker, bestelako instituzioek erreztasunarekin eta modu ekonomikoan erreplikatu dezaketena, Europako txapelketa sortzea interesgarria litzatekeela, modu honetan, erronka berriak proposatzea ahalbidetuz eta instituzio desberdinetako taldeen artean ikasketa prozesua baimenduz.

Abstract: rockets and their use in ights, or for the transport of elements, has always been a dream come true. Today, there are many companies and space agencies that develop new technologies with the aim of promoting progress in the line of aerospace research. However, it is not only companies and agencies in the sector that are trying to set themselves objectives in order to achieve these new challenges. The University of the Basque Country has created a team known as BiSKY Team, whose mission is to design a rocket that will reach the Karman line at an altitude of 100 km. This group aims to be the rst to build a hybrid propulsion rocket at a European level. Within this group each team of students designs, builds and tests di erent parts of a hybrid rocket engine, o ering members the opportunity to develop skills and knowledge by designing and testing subsystems of these rockets. Current projects include investigations of possible combustion and additives, lightweight and aerodynamic structural designs, computational uid dynamics research, a two-parachute rocket recovery system, among others. Each project provides a detailed view of a speci c component of a subsystem. Considering the above, this document describes the analysis process of the hybrid rocket called M1. The objective of analyzing this is to simulate the behavior close to the reality of the rocket that will reach the Kárman line. To do this, the behaviour of the assembly is analysed by Finite Element Method, checking whether the model is capable of withstanding the internal pressures and temperatures to which it is subjected and taking into account the stresses and deformations that appear in it. The possibility of carrying out an analysis prior to experimentation allows multiple iterations to be saved in the manufacturing process. In addition, the results obtained allow each team to know di erent parameters of behavior that will serve as in put in later prototypes. Finally, it should be noted that thanks to the general experience of this project, which could be easily and economically replicated by other institutions, it would be interesting to create a European championship that allows new challenges to be proposed, allowing mutual learning between teams from di erent institutions.