Rediseño del motor de propulsión híbrida Ragnar X utilizando polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP)
En esta tesis de pregrado se busca explorar la viabilidad de desarrollo, la validez y las complejidades del uso de Polímeros Reforzados por Fibras de Carbono (CFRP) para aplicaciones de uso en cámaras de combustión para proyectos de cohetería. Esto se lleva a cabo a través del rediseño de un motor d...
- Autores:
-
González Buenaventura, Santiago
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2024
- Institución:
- Universidad de los Andes
- Repositorio:
- Séneca: repositorio Uniandes
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/74840
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/1992/74840
- Palabra clave:
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En esta tesis de pregrado se busca explorar la viabilidad de desarrollo, la validez y las complejidades del uso de Polímeros Reforzados por Fibras de Carbono (CFRP) para aplicaciones de uso en cámaras de combustión para proyectos de cohetería. Esto se lleva a cabo a través del rediseño de un motor de propulsión híbrida (Ragnar X). Para el correcto desarrollo de este rediseño se realizan cálculos pertinentes para el sistema adaptado según la literatura de esfuerzos para contenedores presurizados internamente, se caracteriza el material a utilizar creando un conjunto de probetas para evaluar sus puntos de falla a tensión dadas variaciones significativas de temperatura en el ambiente de pruebas, y se realiza una validación computacional del comportamiento térmico del sistema bajo las condiciones térmicas de operación de un motor de propulsión híbrida. Finalmente se realizo la manufactura del rediseño de manera completamente interna en la Universidad de Los Andes, en este proceso se realizo un protocolo de uso de fibra de carbono para el Proyecto Uniandino Aeroespacial partiendo de la planeación inicial y el aprendizaje de la experiencia de manufactura del motor diseñado. El resultado de dicha manufactura confirmo el benefició teórico de reducción de peso que representa el uso de Polímeros Reforzados por Fibras de Carbono. |
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[1] S. Prada, “Diseño conceptual de cohete experimental con motor de combustible híbrido N2O/ABS,” Universidad de Los Andes, Bogotá D.C, Colombia, 2021. [2] SumiGlas S.A., “Fichas técnicas.” https://sumiglas.com/fichas-tecnicas/. [3] N. Espinosa, “Diseño y manufactura de un chasis en fibra de carbono para un vehı́culo eléctrico,” Universidad de Los Andes, Bogotá D.C, Colombia, 2023. [4] S. Prada, “Desarrollo e implementación del software HybMotor para el diseño de motores hı́bridos tipo cohete,” Universidad de Los Andes, Bogotá D.C, Colombia, 2023. [5] ASTM, “Standard test method for tensile properties of polymer matrix composite materials,” D3039/D3039M 17, 2017. [6] Arora Refractories, “Ceramic Properties.” https://www.arorarefractories.in/ceramic_properties.htm. [7] R. Nakka, “Convective Heat Transfer Coefficient Calculation.” https://www.nakka-rocketry.net/techs3.html. [8] MatWeb, “Overview of materials for epoxy/carbon fiber composite.” https://www.matweb.com/search/datasheet_print.aspx?matguid=39e40851fc164b6c9bda29d798bf3726. [9] C. Schmierer; M. Kobald; U. Fischer; K. Tomilin; A. Petrarolo; F. Hertel, “Advancing Europe’s Hybrid Rocket Engine Technology with Paaraffin and LOX.,” EUCASS, 2019. [10] CompositesWorld, “Materials processes: Fibers for composites.” https://www.compositesworld.com/articles/the-fiber. [11] R. C. Hibbeler, Mechanics of Materials: Eigth Edition in SI Units. Prentice Hall, 2011. [12] University of Washington, “Thick walled cylinders.” https://courses.washington.edu/me354a/ThickWalledCylinders.pdf. [13] V. Galactic, “Spacecraft fleet,” https://www.virgingalactic.com/spacecraft-fleet. [14] J. A. U. P, Proyecto de grado doctoral: Study of influence of geometric and manufacture parameters in combustion of polymeric hybrid rocket fuel grains. PhD thesis, Universidad de Los Andes, Universidad de Los Andes, 2019. [15] P. K. M. Zöllner, H. Lieberwirth and A. Fendel, “Thermal resistance of carbon fibres/carbon fibre reinforced polymers under stationary atmospheric conditions and varying exposure times,” Waste Management, vol. 85, pp. 327–332, 2019. [16] E. B. H. P. Silva, L. C. Pardini, “Shear properties of carbon fiber/phenolic resin composites heat treated at high temperatures,” Journal of Aerospace Technology and Management, https://doi.org/10.5028/jatm.v8i3.643, 2016. [17] ASTM, “Standard test method for shear properties of composite materials by the v-notched beam method,” ASTM D5379/D5379M-19e1, 2021. [18] T. B. Eugene A. Avallone, Marks’ Standard Handbook for Mechanical Engineers 8th edition. McGraw-Hill, 1978. [19] C. Mitton, “What color is the hottest flame?.” https://science.howstuffworks.com/what-color-is-the-hottest-flame.htm. [20] C. Percival, “Engine cooling – why rocket engines don’t melt.” https://everydayastronaut.com/engine-cooling-methodes/. [21] Parker, “O-ring selector.” https://divapps.parker.com/divapps/oring/ORingSelector/?LangID=EN&lang=en&cntry=us/17061&LangSrcType=local. [22] google, “Sellos maquinados de colombia s.a.s.” https://www.google.com/maps/place/Sellos+Maquinados+De+Colombia+S.A.S/@4.6317426,-74.1099635,17z/data=!4m6!3m5!1s0x8e3f9be371c73749:0xe9b885dc8a60df61!8m2!3d4.6317426!4d-74.1099635!16s%2Fg%2F11fqbmz8s8?entry=ttu. |
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Prada, “Diseño conceptual de cohete experimental con motor de combustible híbrido N2O/ABS,” Universidad de Los Andes, Bogotá D.C, Colombia, 2021.[2] SumiGlas S.A., “Fichas técnicas.” https://sumiglas.com/fichas-tecnicas/.[3] N. Espinosa, “Diseño y manufactura de un chasis en fibra de carbono para un vehı́culo eléctrico,” Universidad de Los Andes, Bogotá D.C, Colombia, 2023.[4] S. Prada, “Desarrollo e implementación del software HybMotor para el diseño de motores hı́bridos tipo cohete,” Universidad de Los Andes, Bogotá D.C, Colombia, 2023.[5] ASTM, “Standard test method for tensile properties of polymer matrix composite materials,” D3039/D3039M 17, 2017.[6] Arora Refractories, “Ceramic Properties.” https://www.arorarefractories.in/ceramic_properties.htm.[7] R. Nakka, “Convective Heat Transfer Coefficient Calculation.” https://www.nakka-rocketry.net/techs3.html.[8] MatWeb, “Overview of materials for epoxy/carbon fiber composite.” https://www.matweb.com/search/datasheet_print.aspx?matguid=39e40851fc164b6c9bda29d798bf3726.[9] C. Schmierer; M. Kobald; U. Fischer; K. Tomilin; A. Petrarolo; F. Hertel, “Advancing Europe’s Hybrid Rocket Engine Technology with Paaraffin and LOX.,” EUCASS, 2019.[10] CompositesWorld, “Materials processes: Fibers for composites.” https://www.compositesworld.com/articles/the-fiber.[11] R. C. Hibbeler, Mechanics of Materials: Eigth Edition in SI Units. Prentice Hall, 2011.[12] University of Washington, “Thick walled cylinders.” https://courses.washington.edu/me354a/ThickWalledCylinders.pdf.[13] V. Galactic, “Spacecraft fleet,” https://www.virgingalactic.com/spacecraft-fleet.[14] J. A. U. P, Proyecto de grado doctoral: Study of influence of geometric and manufacture parameters in combustion of polymeric hybrid rocket fuel grains. PhD thesis, Universidad de Los Andes, Universidad de Los Andes, 2019.[15] P. K. M. Zöllner, H. Lieberwirth and A. Fendel, “Thermal resistance of carbon fibres/carbon fibre reinforced polymers under stationary atmospheric conditions and varying exposure times,” Waste Management, vol. 85, pp. 327–332, 2019.[16] E. B. H. P. Silva, L. C. Pardini, “Shear properties of carbon fiber/phenolic resin composites heat treated at high temperatures,” Journal of Aerospace Technology and Management, https://doi.org/10.5028/jatm.v8i3.643, 2016.[17] ASTM, “Standard test method for shear properties of composite materials by the v-notched beam method,” ASTM D5379/D5379M-19e1, 2021.[18] T. B. Eugene A. Avallone, Marks’ Standard Handbook for Mechanical Engineers 8th edition. McGraw-Hill, 1978.[19] C. Mitton, “What color is the hottest flame?.” https://science.howstuffworks.com/what-color-is-the-hottest-flame.htm.[20] C. Percival, “Engine cooling – why rocket engines don’t melt.” https://everydayastronaut.com/engine-cooling-methodes/.[21] Parker, “O-ring selector.” https://divapps.parker.com/divapps/oring/ORingSelector/?LangID=EN&lang=en&cntry=us/17061&LangSrcType=local.[22] google, “Sellos maquinados de colombia s.a.s.” https://www.google.com/maps/place/Sellos+Maquinados+De+Colombia+S.A.S/@4.6317426,-74.1099635,17z/data=!4m6!3m5!1s0x8e3f9be371c73749:0xe9b885dc8a60df61!8m2!3d4.6317426!4d-74.1099635!16s%2Fg%2F11fqbmz8s8?entry=ttu.201922359Publicationhttps://scholar.google.es/citations?user=u3c6WXAAAAAJvirtual::19457-10000-0001-5351-3369virtual::19457-1https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000279927virtual::19457-1e4453184-6536-453e-842e-f5fafc2b5fabvirtual::19457-1e4453184-6536-453e-842e-f5fafc2b5fabvirtual::19457-1LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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