Υποσύστημα Structural

Στην πυραυλική επιστήμη, οι structural engineers σχεδιάζουν τα κομμάτια που δημιουργούν τη μορφή και το σχήμα του πυραύλου και για να καταφέρουν να το κάνουν αυτό με επιτυχία, συνήθως συνεργάζονται με την αντίστοιχη υπο-ομάδα των αεροδυναμικών. Τα μέλη της υπομάδας είναι αυτοί που πρέπει να κατανοήσουν και να υπολογίσουν το βάρος, την στοιβαρότητα και την δομική ακεραιότητα του πυραύλου που πρόκειται να κατασκευαστεί.

Ένας πύραυλος χωρίζεται σε δύο κύρια μέρη: το airframe και τα εσωτερικά του μέρη. Το πρώτο αποτελείται από το Nose Cone, τα fins και το airframe, με το airframe να περιέχει εσωτερικά , το motor bay, το Payload Bay, το Avionics Bay, το Recovery Bay και το GPS Bay.

Αρχικά, πριν προχωρήσει με τον σχεδιασμό του μοντέλου HYPERION, η ομάδα του Rocketry είχε ήδη σχεδιάσει, κατασκευάσει και δοκιμάσει σε πτήση άλλα 2 μοντέλα, αυτό του Hyperion 1 και του Hyperion 2, οι οποίοι ήταν μοντέλα 1:3 κλίμακας του Hyperion. Με αυτά τα δύο μοντέλα αποκτήθηκε σημαντική εμπειρία στον σχεδιασμό και την κατασκευή πυραύλων. Έχοντας αυτή την εμπειρία κατά νου, αλλά και μέσω εκτεταμένης έρευνας για τη συγκέντρωση επιπλέον πληροφοριών και δεδομένων που απαιτούνται, η ομάδα προχώρησε με το τελικό μοντέλο Hyperion.

Hyperion's aluminium parts

Η σχεδίαση του Hyperion ξεκίνησε τον Φεβρουάριο του 2019 και διήρκεσε περίπου τρεις μήνες. Εκείνη την περίοδο η υποομάδα των κατασκευαστών έπρεπε να σχεδιάσει, πρώτα απ’ όλα τα μέρη του πυραύλου σε ένα λογισμικό 3D CAD, το SOLIDWORKS. Στη συνέχεια, τα επόμενα βήματα περιελάμβαναν την επιλογή των υλικών, την εκτίμηση του βάρους του μοντέλου και τη μέθοδο κατασκευής των δομικών μερών. Τα υλικά που επιλέχθηκαν για το κέλυφος, ήταν σύνθετα υλικά και για όλα τα εσωτερικά μέρη, αλουμίνιο 6061 – Τ6. Ο λόγος που η υποομάδα χρησιμοποίησε σύνθετα υλικά ήταν ότι παρέχουν υψηλή αντοχή σε σχέση με το χαμηλό βάρος. Επιπλέον, τα στοιχεία αυτά αναλύθηκαν στατικά, κάτω από όλα τα επιβαλλόμενα φορτία κατά τη διάρκεια μιας πτήσης, ώστε να εξασφαλιστεί η στιβαρότητα του οχήματος, χρησιμοποιώντας το λογισμικό της εταιρείας BETA CAE, ANSA και MΕΤΑ.

Structural Subsystem during its work at the lab

Ο εξωσκελετός του Hyperion αποτελείται από το κέλυφος, τα πτερύγια και το Nose Cone. Τα τρία αυτά μέρη σχεδιάστηκαν από την υποομάδα των κατασκευαστών του rocketry και τα πτερύγια και ο κώνος κατασκευάστηκαν εργαστήριο μας. Το βασικό συστατικό των fins είναι αφρός πολυουρεθάνης, που λειτουργεί σαν πυρήνας, ο οποίος στη συνέχεια επικαλύπτεται με 2 στρώσεις ανθρακονήματος. Στη συνέχεια, χρησιμοποιείται μία τρίτη στρώση ανθρακονήματος για τη σύνδεση των fins με το airframe του πυραύλου, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο tip-to-tip, δημιουργώντας έτσι μια στιβαρή σύνδεση. Για τη διαδικασία μορφοποίησης των υφασμάτων (lamination), η υποομάδα χρησιμοποίησε τη μέθοδο έγχυσης ρητίνης υπό πίεση (vacuum resin infusion). Προχωρώντας στο Nose Cone, το μέρος αυτό είναι κατασκευασμένο από τα μέλη της υποομάδας από fiberglass. Για την κατασκευή αυτού, η ομάδα ακολούθησε ξανά τη μέθοδο έγχυσης ρητίνης υπό πίεση, μόνο που σε αυτήν την περίπτωση χρησιμοποιήθηκαν δυο θηλυκά καλούπια απο MDF.

Fins of Rocket

Επιπρόσθετα, το σώμα του πυραύλου χωρίζεται σε δύο μέρη, τα οποία είναι συνδεδεμένα με αλουμίνιο. Το airframe είναι κατασκευασμένο από οκτώ στρώσεις ανθρακονήματος, σχεδιασμένα με τέτοιο τρόπο, ώστε να αντέξουν τα θλιπτικά και εφελκυστικά φορτία του κινητήρα και της απελευθέρωσης του αλεξίπτωτου αντίστοιχα. Στο εσωτερικό του σώματος του Hyperion, κάθε μέρος είναι προσδεμένο σε διαμορφωμένες πλάκες αλουμινίου, τα οποία συνδέονται στο airframe του σώματος. Τα δύο διαφράγματα που απαιτούν προσοχή στο σχεδιασμό είναι η εμπρόσθια πλάκα που συνδέεται ο κινητήρας (Motor Βulkhead) και η πλάκα του συστήματος ανάκτησης (Recovery Bulkhead). Το Motor Bulkhead είναι εκεί που είναι ασφαλισμένος ο κινητήρας του πυραύλου και δέχεται την δύναμη του κινητήρα, και στη συνέχεια, μεταφέρει το φορτίο στο airframe.

Από την άλλη πλευρά, το Recovery bulkhead πρέπει να αντέξει τα φορτία που παράγονται κατά τη διάρκεια της απελευθέρωσης των αλεξίπτωτων.

Από πλευράς αριθμών, το σώμα του πυραύλου έχει μήκος περίπου 2 μέτρα και εσωτερική διάμετρο 12.5 εκ. Τόσο ο σωλήνας όσο και ο κινητήρας έχουν σχεδιαστεί ώστε να αντέχουν μέγιστη ώση 2400N και το Recovery Bulkhead την δύναμη 1700N.

Κατηγορίες: Rocketry