NAOS está preparado para incorporar el motor M60-AC con diferentes configuraciones de carga de propulsante.
Incluye los siguientes subsistemas:
Los ejes del IMU están orientados respecto al cohete de forma que el eje Y coincide con el eje longitudinal del cohete
NAOS en este lanzamiento tenía una configuración estándar cuyos detalles podéis ver en la sección de cohetes del menú.
Propulsante: KNDX (65/35)
Nº de BATES: 5
Peso total de los granos: 1.100 g
Diámetro exterior de los granos: 58 mm
Diámetro del agujero interior del grano: 25 mm
Longitud media del grano: 60 mm
Relación densidad (real/ideal) media de los granos: 90%
Diámetro exterior: 80 mm
Altura: 2,15 m
Peso al despegue: 7.5 kg
Peso de propulsante: 1100 g
En el siguiente enlace podéis descargar un fichero excel con los detalles de los cálculos previos al lanzamiento. Incluye una simulación del lanzamiento en base al ensayo en banco del 21/04/21:
Nota: Los granos se recubrieron de una capa de pólvora negra. En la foto no aparece ya que fue hecha con anterioridad.
A continuación os mostramos un vídeo del lanzamiento para la configuración descrita anteriormente.
El motor tiene una configuración lo más parecida posible a la prueba en banco del 21/04/21 cuyos resultados registrados en el ensayo son:
Tiempo de combustión: 3,7 s
Empuje máximo: 40 kg
Presión máxima de cámara (calculado): 1,15 MPa
Impulso total: 843 N·s
Impulso específico (s): 78 s
Empuje medio (N): 222 N
Los datos medidos en vuelo por la electrónica del cohete son:
En el siguiente enlace podéis descargar el fichero con el detalle de los datos de vuelo:
Se realiza una inspección del motor después del lanzamiento.
La inhibición de los granos ha funcionando correctamente encontrándose los 5 recubrimientos de cartulina en la cámara y evidenciándose en buen estado 3 de las 4 capas iniciales.
Propulsante: KNDX (65/35)
Nº de BATES: 5
Peso total de los granos: 1094 g
Diámetro exterior de los granos: 58,2 mm
Diámetro del agujero interior del grano: 25 mm
Longitud media del grano: 58,7 mm
Relación densidad (real/ideal) media de los granos: 91,5%
A continuación os mostramos un vídeo del ensayo en banco para la configuración descrita anteriormente.
Tiempo de combustión: 3,7 s
Empuje máximo: 40 kg
Presión máxima de cámara (calculado): 1,15 MPa
Impulso total: 843 N·s
Impulso específico (s): 79 s
Empuje medio (N): 222 N
El motor se comporta de forma estable sin sobre presiones.
Tiene un buen start-up habiéndose mejorado respecto a pruebas anteriores debido al recubrimiento de pólvora negra de los granos.
La forma de la curva empuje vs tiempo se corresponde con la teórica aunque el impulso total es un 19% inferior al teórico debido a que está trabajando a una presión baja lejos de la presión nominal. Posteriormente se realizarán pruebas incrementando la presión de la cámara hasta unos valores de compromiso entre eficiencia y seguridad.
En el siguiente enlace podéis descargar un fichero excel con los detalles de la prueba:
Se realiza una inspección del motor después de la prueba.
La inhibición de los granos ha funcionando correctamente encontrándose al menos 3 capas de cartulina en la cámara.
Durante la prueba se ha registrado la curva Empuje/Tiempo con el equipo de adquisición de datos.
Los picos 1 y 2 que aparecen en la gráfica son debidos a la expulsión de los cables del ignitor.
Propulsante: KNDX (65/35)
Nº de BATES: 4
Peso total de los granos: 752 g
Diámetro exterior de los granos: 56,5 mm
Diámetro del agujero interior del grano: 25 mm
Longitud media del grano: 55,3 mm
Relación densidad (real/ideal) media de los granos: 90%
A continuación os mostramos un vídeo del ensayo en banco para la configuración que os hemos descrito anteriormente.
Como podéis observar la tobera está sobre expansionada ya que su diseño se ha realizado para una presión de cámara superior y una altura de 1.500 m de altura.
Tiempo de combustión: 3,2 s
Empuje máximo: 20,3 kg
Presión máxima de cámara (calculado): 0,71 MPa
Impulso total: 437 N·s
Impulso específico (s): 59,2 s
Empuje medio (N): 134,7 N
El motor se comporta de forma estable sin sobre presiones.
Tiene un buen start-up inicial aunque sufre un aplanamiento (ver curva E vs t).
La forma de la curva empuje vs tiempo se corresponde con la teórica aunque el impulso total es un 40% inferior al teórico debido a que está trabajando a una presión baja lejos de la presión nominal. Posteriormente se realizarán pruebas incrementando la presión de la cámara hasta unos valores de compromiso entre eficiencia y seguridad.
En el siguiente enlace podéis descargar un fichero excel con los detalles de la prueba:
Se realiza una inspección del motor después de la prueba.
La inhibición de los granos ha funcionando correctamente encontrándose los 4 tubos de ABS en la cámara.
Durante la prueba se ha registrado la curva Empuje/Tiempo con el equipo de adquisición de datos.
Propulsante: KNDX (65/35)
Nº de BATES: 4
Peso total de los granos: 724 g
Diámetro exterior de los granos: 56,5 mm
Diámetro del agujero interior del grano: 25 mm
Longitud media del grano: 53 mm
Relación densidad (real/ideal) media de los granos: 90%
A continuación os mostramos un vídeo del ensayo en banco para la configuración que os hemos descrito anteriormente.
Como podéis observar la tobera está sobre expansionada ya que su diseño se ha realizado para una presión de cámara superior y una altura de 1.500 m de altura.
Tiempo de combustión: 3,26 s
Empuje máximo: 25,9 kg
Presión máxima de cámara (calculado): 0,74 MPa
Impulso total: 489,5 N·s
Impulso específico (s): 68,9 s
Empuje medio (N): 147,9 N
El motor se comporta de forma estable sin sobre presiones.
Tiene un buen start-up habiéndose mejorado respecto a pruebas anteriores debido al recubrimiento de pólvora negra de los granos.
La forma de la curva empuje vs tiempo se corresponde con la teórica aunque el impulso total es un 37% inferior al teórico debido a que está trabajando a una presión baja lejos de la presión nominal. Posteriormente se realizarán pruebas incrementando la presión de la cámara hasta unos valores de compromiso entre eficiencia y seguridad.
En el siguiente enlace podéis descargar un fichero excel con los detalles de la prueba:
Se realiza una inspección del motor después de la prueba.
La inhibición de los granos ha funcionando correctamente encontrándose los 4 tubos de ABS en la cámara.
Durante la prueba se ha registrado la curva Empuje/Tiempo con el equipo de adquisición de datos.
Propulsante: KNDX (65/35)
Nº de BATES: 4
Peso total de los granos: 749 g
Diámetro exterior de los granos: 56,5 mm
Diámetro del agujero interior del grano: 25 mm
Longitud media del grano: 55,2 mm
Relación densidad (real/ideal) media de los granos: 89,6%
No se dispone de fotos de los granos antes de la prueba
A continuación os mostramos un vídeo del ensayo en banco para la configuración que os hemos descrito anteriormente.
La tobera está sobre expansionada ya que su diseño se ha realizado para una presión de cámara superior y una altura de 1.500 m de altura.
Tiempo de combustión: 3,48 s
Empuje máximo: 22,1 kg
Presión máxima de cámara (calculado): 0,69 MPa
Impulso total: 507,7 N·s
Impulso específico (s): 69,1 s
Empuje medio (N): 148,4 N
El motor se comporta de forma estable sin sobre presiones.
Tiene un buen start-up habiéndose mejorado respecto a pruebas anteriores debido al recubrimiento de pólvora negra de los granos.
La forma de la curva empuje vs tiempo se corresponde con la teórica aunque el impulso total es un 29% inferior al teórico debido a que está trabajando a una presión baja lejos de la presión nominal. Posteriormente se realizarán pruebas incrementando la presión de la cámara hasta unos valores de compromiso entre eficiencia y seguridad.
En el siguiente enlace podéis descargar un fichero excel con los detalles de la prueba:
Se realiza una inspección del motor después de la prueba.
La inhibición de los granos ha funcionando correctamente encontrándose los 4 tubos de ABS en la cámara.
Durante la prueba se ha registrado la curva Empuje/Tiempo con el equipo de adquisición de datos.
Esta prueba se lleva a cabo en colaboración con la Universidad de Sevilla como parte de una práctica para los alumnos de ingeniería.
Era la primera vez que se realiza una prueba de motor cohete en la ETSI y fue muy valorada por profesores y alumnos, asistiendo más de 200 personas.
Propulsante: KNDX (65/35)
Nº de BATES: 4
Peso total de los granos: 752 g
Diámetro exterior de los granos: 56,5 mm
Diámetro del agujero interior del grano: 25 mm
Longitud media del grano: 56 mm
Relación densidad (real/ideal) media de los granos: 88%
A continuación os mostramos un vídeo del ensayo en banco para la configuración que os hemos descrito anteriormente.
Como podéis observar la tobera está sobre expansionada ya que su diseño se ha realizado para una presión de cámara superior y una altura de 1.500 m de altura.
Tiempo de combustión: 3,5 s
Empuje máximo: 24,5 kg
Presión máxima de cámara (calculado): 0,75 MPa
Impulso total: 561 N·s
Impulso específico (s): 76 s
Empuje medio (N): 160 N
El motor se comporta de forma estable sin sobre presiones.
Tiene un buen start-up habiéndose mejorado respecto a pruebas anteriores debido al recubrimiento de pólvora negra de los granos.
La forma de la curva empuje vs tiempo se corresponde con la teórica aunque el impulso total es un 22% inferior al teórico debido a que está trabajando a una presión baja lejos de la presión nominal. Posteriormente se realizarán pruebas incrementando la presión de la cámara hasta unos valores de compromiso entre eficiencia y seguridad.
En el siguiente enlace podéis descargar un fichero excel con los detalles de la prueba:
Se realiza una inspección del motor después de la prueba.
La inhibición de los granos ha funcionando correctamente encontrándose los 4 tubos de ABS en la cámara.
Durante la prueba se ha registrado la curva Empuje/Tiempo con el equipo de adquisición de datos.
A continuación se muestra una comparativa de las curvas E vs t de varias pruebas de 4 BATES con configuraciones similares.
Es el motor usado en el cohete NAOS.
La cámara de combustión parte de un tubo normalizado de acero inoxidable DN60 (NPS 2» Schedule 5S) con un diámetro exterior de 60,3 mm y espesor de pared 1,65 mm.
La tobera es de acero inoxidable A304 para facilitar su mecanizado.
Los cálculos de la presión máxima que soporta la cámara, los tornillos y la tapa posterior así como la presión para deformación plástica se muestran en la siguiente hoja de cálculo.
Teniendo en cuenta un coeficiente de seguridad de 1,5 la presión máxima a rotura es de 15,9 MPa y la presión para deformación plástica 6,8 MPa. Estos valores provienen de la resistencia circunferencia de la cámara de combustión siendo el resto de presiones muy superiores y no restrictivas.
Se han considerado las propiedades mecánicas del acero inoxidable A304 a temperatura ambiente. Aunque el motor trabaja a alta temperatura, la mayor parte de la energía calorífica se disipa a través de los gases de escape, y el tiempo característico de operación es muy pequeño por lo que no da tiempo a que haya una transmisión de calor a través de las paredes de la cámara de combustión que reduzca sus propiedades mecánica significativamente. adicionalmente, los granos de propulsante tienen un tubo exterior de inhibición de un polímero que aísla térmicamente las paredes.
Se ha tenido en cuenta la resistencia a desgarro de los taladros de los tornillos para el cálculo de la distancia de estos al borde del tubo.
El motor está diseñado para que los tornillos de la tobera se rompan antes de colapse la cámara de combustión o la tapa posterior de forma que la tobera se desprenda y haga el menor daño posible a la electrónica del cohete en caso de explosión.
A continuación incluimos los enlaces para descargar los planos del motor y el de la tobera adaptada a una altura de 1500 m.
