Diciembre 13 2017 12:54 pm

Autor Tema: PROYECTO: "HERMES I"  (Leído 7144 veces)

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PROYECTO: "HERMES I"
« en: Enero 04 2013 16:34 pm »
Me preparo para un nuevo proyecto de cohete, al que le he llamado Hermes.

Estoy en la fase de diseño de todo el proyecto y sólo tengo fabricados a día de hoy, la ojiva (mecanizada en nylon), usada en proyectos anteriores y los moldes de cartón para el propulsante.

Las características básicas del cohete son las siguientes:

Motor de acero, calibre 50, para alojar los moldes del propulsor que son de cartón de diametro 45mm, por lo que el espesor del tubo motor será 2,5mm.

Tobera torneada en acero, en fase de diseño hasta tener todos los parámetros del motor obtenidos en el srm.

Fuselaje de PVC de 1m aprox de longitud y 60mm de diámetro que alojará en su interior el tubo motor.

Aletas de contrachapado.

Propulsor candy, KNO3 y Sorbitol. (desechando pasados proyectos con fructosa).

El vuelo del cohete, como en mis anteriores proyectos, aun no muy exitosos, será balístico, sin sistema de recuperación, por lo que se asume la destrucción de parte del fuselaje al aterrizar, que por otra parte, con la ojiva de nylon es extremadamente dura y ya se ha usado otras veces. El fuselaje quedará inservible pero manteniendo a salvo el tubo motor, que es lo más importante.

Ya estoy en pleno diseño de los parámetros del motor mediante el software SRM para definir la geometría del grano bates, de su configuración  y sobre todo para obtener los datos necesarios para el diseño final de la tobera.

Iré comentando mis progresos y espero la ayuda de expertos como Salva!

Un saludo a todos.


pd: mi anterior proyecto, voló pero no con la aceleración ni potencia esperada: http://www.todopetardos.com/foro/index.php?topic=6473.msg68794#msg68794
« última modificación: Enero 04 2013 16:37 pm por ALKAUN »


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Re:PROYECTO: "HERMES I"
« Respuesta #1 en: Enero 04 2013 18:46 pm »
Estaremos todos muy atentos ante este importante proyecto.

Todos lo proyectos son únicos y nobles pero, con esta calidad de componentes, seguro que nadie quedará indiferente.

En cuanto tengas el SRM listo, colócalo para que lo estudiemos. Es el punto de partida.

Esperamos ver muchas fotos de su construcción y disfrutar contigo de este proyecto como si fuera propio.


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Re:PROYECTO: "HERMES I"
« Respuesta #2 en: Enero 04 2013 19:56 pm »
Ya he comprado el tubo de pvc para fabricar el fuselaje, es un señor tubo, de 63mm de diámetro.

Esta es la ojiva y los tubos para realizar los "bates".



Los tubos de cartón que servirán de molde y de inhibidor externo que dispongo son de 45mm de exterior, 40mm interior  y un espesor de 2,5. Tienen una longitud de 100mm, pero habrá que cortarlos a una longitud previsible de unos 68-70mm para cumplir la relación de 1,7 x Diametro exterior del grano = Longitud del grano.

Todo esto se introducirá en el SRM para determinar el resto de parámetros.

Un saludo y continua el proceso de diseño, ya "jugando" con el SRM


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Re:PROYECTO: "HERMES I"
« Respuesta #3 en: Enero 04 2013 21:08 pm »
Añado los primeros resultados del SRM.

4 granos bates.









       Es un estudio preliminar, he intentando cumplir todas las condiciones de diseño, pero seguro que se me ha escapado algo. He intentado no tener una presión excesiva, 500psi, cumplir con las geometrías del grano adecuadas para mantener un Kn estable.

       Espero vuestras opiniones al respecto, ya que estamos a tiempo de modificar lo que sea y simular todo lo que haya que simular con el SRM.

        Tengo la incertidumbre de encontrar el tubo motor que me hace falta, ya que ahora mismo todo está diseñado sobre estos datos, me hace falta un tubo de acero, de 50mm de diámetro y 2,5 de espesor. Espero encontrarlo pronto. Y ya con eso, acabar de diseñar la tobera y mandarla a mecanizar.

Como anécdota, parece increíble la importancia de contar con la sección divergente de la tobera, es decir, que la relación de expansión, sea mayor que 1, mientras que con una tobera meramente convergente (la típica arandela) el potencial del motor queda bastante desaprovechado.

Un saludo
« última modificación: Enero 04 2013 21:15 pm por ALKAUN »


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Re:PROYECTO: "HERMES I"
« Respuesta #4 en: Enero 05 2013 12:36 pm »
Yo lo veo perfecto. 30 Kg (en realidad serían Kilopondios) de empuje no es cualquier cosa...

¿Has probado a simular tres granos? Para mí es lo ideal.

Si encuentras tubo de acero de 1.5 mm de espesor también vale. También puedes usar tubo de aluminio de 2.5 mm.


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Re:PROYECTO: "HERMES I"
« Respuesta #5 en: Enero 05 2013 14:04 pm »
En una simulación rápida para 3 granos en vez de 4 me arroja los siguientes datos:

Misma presión máxima (unos 500psi)

Reducción del diámetro de la garganta de la tobera a 9mm

Reducción del empuje a 250N en vez de los 330.

Y lógicamente una reducción en la longitud del tubo motor con el consiguiente ahorro en peso.

Probare el sofware Ezalt, con un peso aproximado del cohete para los dos casos de motor (con 3 o 4 granos) para conocer las variaciones de altura alcanzada y velocidad, a ver cual puede interesar más.

Personalmente, en ambos casos, me parece una opción bastante conservadora en términos de presión y empuje, pero mejor hacer las cosas sin forzar y aunque no vuele muy alto ni con mucha aceleración, conseguir fiabilidad.

Un saludo


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Re:PROYECTO: "HERMES I"
« Respuesta #6 en: Enero 05 2013 14:49 pm »
        Precisamente, tengo por casa bastante tubo de acero (de calidad normal, el típico tubo, nada industrial de buena calidad) de 50mm de exterior, 1,5mm espesor y 47mm de interior, en el que entran perfectamente, junto con un poco de capa inhibidora de calor, los moldes de cartón que formarán los granos de 45mm de diámetro.



        Es una buena opción, pero me preocupa que resista bien la presión, haré simulaciones con el Casing para asegurarme que resiste bien los 500psi simulados. El tubo es muy ligero y lo mejor de todo es que ya lo tengo en casa, no tengo que buscarlo ni comprarlo.

        Teniendo el problema del tubo resuelto, ahora me queda decidir finalmente la elección de 3 o 4 granos para preparar definitivamente el tuvo con la longitud deseada. La opción de 4 granos aporta un poco más de empuje, con muy poco peso extra añadido, por lo que a priori, me parece la mejor opción, aunque espero vuestros consejos.


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Re:PROYECTO: "HERMES I"
« Respuesta #7 en: Enero 05 2013 14:51 pm »
Ambas opciones son buenas.
Yo usaré tres granos en mi próxima misión porque mi cohete tiene un sistema de recuperación y necesito acortar la longitud total.

Cuatro granos está muy bien. Mucho ánimo con ese proyecto.


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Re:PROYECTO: "HERMES I"
« Respuesta #8 en: Enero 05 2013 14:57 pm »
Pues definitivamente usaré 4 granos, ya que la longitud del motor no me importa y ya que irá dentro de un largo fuselaje de PVC.

Simulando en el casing, la capacidad de presión del tubo, con un factor de seguridad de 1,5 y unas carácterísticas mecánicas del tubo, aun inferiores a lás mínimas de la tabla, por si el tubo es de muy poca calidad, me indica una presión de diseño de 600psi y una presión de rotura de 1500psi, por lo que funcionará.

Ahora, proseguiré con el diseño de la tobera para mandar mecanizarla lo antes posible, llegados a este punto, me propongo un nuevo sistema, hacer la tapa del motor sellada para siempre y la tobera montada al tubo motor mediante tornillos, para no soldarla y que pueda valer para otros tubos y realizar la carga del combustible por la tobera, y así no preocuparme por fugas en la tapa.

Un saludo


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Re:PROYECTO: "HERMES I"
« Respuesta #9 en: Enero 06 2013 00:50 am »
Ya tengo diseñada la tobera, espero el visto bueno de Salva para encargárselo al tornero y fabricarla.

La características básicas son:

Tobera convergente-divergente
Diámetro de la garganta: 10,5 mm
Ángulos: Convergente 45º y divergente 12º
Relación de expansión: 9
Peso:200 gramos aprox.



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Re:PROYECTO: "HERMES I"
« Respuesta #10 en: Enero 06 2013 13:05 pm »
Es imprescindible montar una junta tórica o mejor dos.

Necesita mecanizarse un par de ranuras en la parte interior de la tobera y colocar juntas que apenas sobresalgan porque es muy difícil colocar la tobera si nos excedemos en el diámetro de estas. La sección que contacta con el tubo debe ser más larga para dar cabida a las juntas y para lograr mayor estabilidad.

También hay que mecanizar unas roscas en esta sección o podemos optar por otro sistema de retención como las arandelas o anillos Sieger.

Es muy recomendable usar acero inoxidable tanto en la tobera como en el tubo, porque los residuos de la combustión necesitan ser lavados con agua y jabón y el conjunto tiende a oxidarse.


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Re:PROYECTO: "HERMES I"
« Respuesta #11 en: Enero 06 2013 14:45 pm »
Aquí está el rediseño de la tobera añadiendo las ranuras para dos juntas tóricas (aún no se las medidas definitivas de las tóricas disponibles, por eso la medida de las ranuras puede ser provisional) Y un espacio de 10mm en el que irán unas roscas, presumiblemente de M5,  que no están reflejadas en el plano (no se como se dibujan en el Catia), creo que con 6 roscas sería suficiente.



En total la superficie "encasquillada" de la tobera en el tubo son 18 mm, creo que suficiente para una correcta alineación y colocación.

El peso estimado en hierro son unos 250g.

Creo que este si puede ser ya el diseño definitivo.

Me preguntaba algún aspecto sobre el propio diseño geométrico, como los ángulos convergentes y divergentes, sobre todo el convergente, ya que he visto alguna tobera de R.Nakka en el que el cono convergente está formado por dos ángulos, un primer ángulo de 45º y luego uno más suave de unos 25º, pero bueno, creo que eso ya sería rizar el rizo en el rendimiento de la tobera, por otra parte, no le quiero complicar mucho la vida al tornero.

Un saludo


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Re:PROYECTO: "HERMES I"
« Respuesta #12 en: Enero 06 2013 18:56 pm »
Ese diseño es perfecto.

Cuando la tengas, pules a espejo las superficies interiores para que no se adhieran los restos de la combustión y para mejorar sus características y rendimiento.

La garganta también debe estar redondeada y sin cantos vivos para que no aparezcan turbulencias. Esto se hace "a mano", cuando la tengas en casa.

¡Menuda joya!


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Re:PROYECTO: "HERMES I"
« Respuesta #13 en: Enero 06 2013 19:39 pm »
Esta semana mismo se la mando fabricar ya al tornero. Espero que no me ponga muchas dificultades y sea capaz de fabricarmela con buena precisión. Sobre todo la entrada a la garganta que sea capaz a dejarla bien redondeada. Luego ya me encargaré de pulir y de fabricar las roscas. En cuanto la tenga en la mano pondré varias fotos a ver lo que os parece.

Como la toberá irá con tornillos, no usaré tapa del reactor, le haré una tapa fija soldada para evitar fugas y la carga del combustible la realizaré mediante la parte trasera con la tobera sin montar.

A partir de ahora tengo que acabar de diseñar el fuselaje, aletas, adquirir sorbitol (ahora solo tengo kno3 y fructosa).

Cuando el motor esté listo, creo conveniente hacer al menos una prueba estática.

Poco a poco todo va cogiendo forma.

Un saludo.


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Re:PROYECTO: "HERMES I"
« Respuesta #14 en: Enero 08 2013 03:06 am »
Estoy probando los softwares para el cálculo del centro de presiones, el aerolab y la hoja de cálculo barrowman, espero que en ambos casos me entregue la posición del centro de presión relativamente similar.



Por ahora no tengo definido, ni la longitud total del fuselaje, ya que por ahora desconozco el Centro de gravedad, y a partir de ahí, definir un centro de presiones (mediante la longitud del fuselaje y posición, tipo y área de las aletas) por debajo del centro de gravedad, creo que lo conveniente sería colocar el Cp una distancia el triple del diámetro del tubo, del Cg, para obtener un vuelo estable, más distancia de separación del Cp y Cg significaría un mayor peso del conjunto y una condición de vuelo sobreestable que ocasiona ciertas desventajas, corregidme si me equivoco.


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Re:PROYECTO: "HERMES I"
« Respuesta #15 en: Enero 08 2013 12:00 pm »
Para mí, dos diámetros de separación entre centros es mejor y suficiente. No es necesario llegar a tres.

Tres diámetros producen sobre estabilidad y esto lo hace muy sensible al viento, pues se desvía a favor del viento al orientarse como una veleta.

Dos diámetros de separación te permitirá hacer las aletas más pequeñas. Yo también uso el Aerolab y creo que es el mejor y el más sencillo.


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Re:PROYECTO: "HERMES I"
« Respuesta #16 en: Enero 08 2013 22:21 pm »
Haré más simulaciones con el Aerolab, ahora que tengo tiempo hasta reunir todas las piezas. Intentaré dejar la distancia entre centros a 2 diámetros, es decir, 12cm.

Por cierto, ya tengo la tobera encargada, a ver si a finales de esta semana me la tienen fabricada.

Un saludo.


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Re:PROYECTO: "HERMES I"
« Respuesta #17 en: Enero 11 2013 22:27 pm »
Bueno pues ya tengo la tobera entre mis manos:





Estoy trabajando en el fuselaje de Pvc y ojiva de nylon:



Y el tubo motor, con la tapa soldada y presentada la tobera (menuda pinta tiene, parece de verdad...) :



Aquí un pequeño album con más fotos de todas las piezas:

http://imageshack.us/g/1/9960278/

Estoy diseñando las aletas para dejar el Cp a unos 14cm del Cg, espero poder fabricarlas y montarlas en el fuselaje estos días, el diseño final de las aletas puede ser este:





El cohete pesará unos 2,5 kg con propulsor incluido, y según los cálculos teóricos del Ezalt, alcanzaría una altitud de 1200 metros, y una velocidad de 690km/h.

¡Sólo pido poder recuperar el cohete!

Un saludo
« última modificación: Enero 12 2013 00:17 am por ALKAUN »


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Re:PROYECTO: "HERMES I"
« Respuesta #18 en: Enero 12 2013 02:31 am »
Deberias poder incorporar un sistema de recuperación, porque despues de tiempo y recursos invertidos en un proyecto así, seria triste verlo destruido!!!!

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Re:PROYECTO: "HERMES I"
« Respuesta #19 en: Enero 12 2013 03:01 am »
En el descenso y choque contra la tierra, sólo se destruye el tubo de pvc, el motor que va alojado dentro no sufre daños, y la ojiva tampoco, por lo menos en anteriores proyectos. El mayor problema es encontrarlo, ya que si funciona tal cual está previsto, no será nada facil verlo caer. El motor será totalmente reutilizable. Solo hay que insertar otras aletas a otro tubo de pvc basicamente.


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