Diseño de una plataforma acuática para el lanzamiento de cohetes de alta potencia dentro del territorio costarricense cumpliendo los requerimientos de seguridad
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2023
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Resumen
Se presenta el Trabajo Final de Graduación que consiste en el diseño de una plataforma acuática para lanzamiento de cohetes de alta potencia. Los cohetes que serían lanzados son los que se operen con motores tipo H, I y J, estos requieren una distancia desde 0,5 km hasta 1,6 km de diámetro de seguridad. Se seleccionó la zona marítima de Golfito como lugar de lanzamiento, dado que cuenta con las características apropiadas en términos del espacio requerido y condiciones climáticas. Respecto a la estabilidad inicial, la altura metacéntrica de la plataforma es positiva en los planos de interés, por lo que se considera estable en ángulos de inclinación pequeños. Además, el momento restaurador tiene un máximo de 5 500 Nm y 6000 Nm en el plano longitudinal y lateral respectivamente. Este dato corresponde al momento escorante máximo permisible, que se puede aplicar de forma constante a la plataforma, para mantener la estabilidad en ángulos grandes de inclinación. Además, se realizó un prototipo a escala reducida para obtener datos del amortiguamiento del diseño de casco tipo pontoon seleccionado y poder valorar el comportamiento hidrodinámico de la plataforma con el fin de verificar el cumplimiento de los requerimientos de seguridad. A partir de modelo hidrodinámico, se obtuvo una frecuencia natural de 7,4 ra- d/s, factor de amortiguamiento de 0,43 y momento de amortiguamiento de 5 268,7 kg/m4 para el plano longitudinal y 5 466,7 kg/m4 para el plano transversal. Las oscilaciones de la inclinación de la plataforma modeladas a partir de los datos de olas regulares para oleaje promedio no superan los 5° y en las condiciones de oleaje por efecto del viento, se alcanzan 12° de inclinación, por tanto, se cumplieron los requisitos de seguridad establecidos en la normativa. El diseño final de la plataforma junto con la lanzadera tiene una masa total de 503 kg. Se propone utilizar como material…
This Final Graduation Project consists in the design of an aquatic platform for high power rocket launching. The rockets to be launched are those operated with H, I and J type engines, these require a distance from 0.5 km to 1.6 km of safety diameter. The Golfito maritime area was selected as the launch site since it has the appropriate characteristics in terms of space requirements and climatic conditions. Regarding the initial stability, the metacentric height of the platform is positive in the axis of interest, so it is considered stable at small tilt angles. Furthermore, the restoring moment has a maximum of 5 500 Nm and 6000 Nm in the longitudinal and lateral axis respectively. This corresponds to the maximum permissible heeling moment, which can be constantly applied to the platform, in order to maintain stability at large tilt angles. In addition, a reduced scale prototype was made to obtain the damping factor of the selected pontoon hull design and to assess the hydrodynamic behaviour of the platform in order to verify compliance with safety requirements. From the hydrodynamic model, a natural frequency of 7.4 rad/s, a damping factor of 0.43 and a damping moment of 5 268.7 kg/m4 for the longitudinal axis and 5 466.7 kg/m4 for the transverse axis were obtained. The oscillations of the platform inclination modelled from the regular wave data for average waves do not exceed 5° and in wind wave conditions, 12° of inclination is reached, therefore the safety requirements were fulfilled. The final design of the platform together with the shuttle has a total mass of 503 kg. It is proposed to use, as the material for the fabrication, marine grade aluminium alloys, specifically AL6083 and AL5083 alloys which are commercially available in the country.
This Final Graduation Project consists in the design of an aquatic platform for high power rocket launching. The rockets to be launched are those operated with H, I and J type engines, these require a distance from 0.5 km to 1.6 km of safety diameter. The Golfito maritime area was selected as the launch site since it has the appropriate characteristics in terms of space requirements and climatic conditions. Regarding the initial stability, the metacentric height of the platform is positive in the axis of interest, so it is considered stable at small tilt angles. Furthermore, the restoring moment has a maximum of 5 500 Nm and 6000 Nm in the longitudinal and lateral axis respectively. This corresponds to the maximum permissible heeling moment, which can be constantly applied to the platform, in order to maintain stability at large tilt angles. In addition, a reduced scale prototype was made to obtain the damping factor of the selected pontoon hull design and to assess the hydrodynamic behaviour of the platform in order to verify compliance with safety requirements. From the hydrodynamic model, a natural frequency of 7.4 rad/s, a damping factor of 0.43 and a damping moment of 5 268.7 kg/m4 for the longitudinal axis and 5 466.7 kg/m4 for the transverse axis were obtained. The oscillations of the platform inclination modelled from the regular wave data for average waves do not exceed 5° and in wind wave conditions, 12° of inclination is reached, therefore the safety requirements were fulfilled. The final design of the platform together with the shuttle has a total mass of 503 kg. It is proposed to use, as the material for the fabrication, marine grade aluminium alloys, specifically AL6083 and AL5083 alloys which are commercially available in the country.
Descripción
Proyecto de graduación (licenciatura en ingeniería mecánica)--Universidad de Costa Rica. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Mecánica, 2023
Palabras clave
BIOMIMETICA, COHETES (AERONAUTICA), DISEÑO DE MAQUINAS, HIDRODINAMICA - MODELOS MATEMATICOS, HIDROSTATICA - MODELOS MATEMATICOS, INGENIERÍA MECÁNICA - DISEÑO, PLATAFORMA MECANICA - DISEÑO Y CONSTRUCCION