Nota: La descripción de la serie de motores Vettor se ha dividió en dos partes, siendo esta la primera parte.
Se subió a la WEB un video sobre este desarrollo, el link es: http://www.youtube.com/watch?v=d4vhsYXm_qg


Introducción

La serie de motores Vettor están basados en los diseños tradicionales de motores cohetes con propergol sólido por fusión de una mezcla de Sorbitol y Nitrato de Potasio. La particularidad que tienen es que son motores de tamaño mediano, para lo que es la actividad habitual de la C.E.A.. Fueron diseñados para impulsar un cohete a un apogeo de 5 km usándolo como simple etapa y cumplir así otra etapa del plan Metas planteadas y Proyecto Integrador XTA . Para presentar los motores Vettor se brindan los datos generales de un motor de esta serie y algunas de las pruebas realizadas.

Utilizando el Vettor en configuración multietapa permitirá llegar a apogeos de 10 a 30 km. También se lo ha pensado como "booster" o unidad aceleradora inicial para configuraciones de proyectos mas ambiciosos. El empuje total esta en el orden de los 12.500 N-s. El propergol sólido es a base de Sorbitol y Nitrato de Potasio en la típicas proporciones del 35% / 65%. A pesar de estar caracterizado este propergol, y presentada la información, por algunas personas y grupos, siendo el mas destacado el sitio de Ricardo Nakka, se decidió caracterizarlo en el banco de ensayo BEMM-VA1. La eficiencia del motor permite tener un Impulso específico de unos 138 segundos. El diseño y desarrollo se comenzó en Marzo/2004. Se llegó a armar un motor y la base para su prueba estática, pero luego el proyecto se paralizó por motivos personales. En Abril/2008 se lo retomó gracias a la participación de Emiliano Grgic quien le dio un fuerte impulso al desarrollo del proyecto, ocupándose básicamente de completar los trabajos del área mecánica y documentación técnica (ver Fig. nº 1). De realizar motores entre 200 g a 2 Kg de propergol a pasar a realizar un motor de tamaño mediano con 10 Kg de propergol se necesitó desarrollar nuevas técnicas tanto para preparar el propergol como para asegurar la calidad en todos los pasos del proceso de manufactura. También se tuvo que desarrollar todo lo referente a la base de pruebas y el sistema de calibración. Este tipo de motor desarrolla empujes pico de 550 Kg, por lo que hay que considerar aspectos de resistencia de materiales de la base de pruebas y de la celda de carga. Todo esto dentro de un marco que implica que sea fácilmente transportable y almacenable. Una de las áreas que requirió un desarrollo particular fue el sistema de ignición. Para motores "chicos" que utilizan mezclas de Nitrato de Potasio y Azucares se utiliza con todo éxito un saquito con Pólvora Negra como elemento iniciador. Para un motor de mayor tamaño no fue posible extrapolar esta filosofía de diseño y se realizaron innumerables pruebas en banco de ensayo con micromotores para lograr un encendido eficiente e instantáneo. Luego se extrapoló los resultados para el motor Vettor 1, sin embargo el resultado fue negativo por ser demasiado enérgico y deterioró los granos de propergol. Debido a ello se lo redimensionó y el ensayo del Vettor 2 hubiese sido exitoso si no fuera que falló mecánicamente el ignitor. Rediseñado y redimensionado funcionó correctamente en el ensayo del Vettor 3.

Fig. nº 1.- Motor Vettor 1 en manos de Emiliano Grgic

Fig. nº 2.- Vettor 1, vista general del diseño inicial

Descripción general

El diseño del motor cohete es un diseño típico para este tipo de propergol basado en KN/SO. La configuración del propergol es en granos del tipo Bates, donde se ha inhibido la superficie exterior de los mismos mediante unos tubos de cartón. Se brindan una serie de croquis de lo que se preparó como diseño preliminar del primer motor de la serie.

Fig. nº 3.- Vettor 1, vista general del despiece, diseño inicial

Fig. nº 4.- Vettor 1, detalle de los segmentos de propergol, diseño inicial

Fig. nº 5.- Vettor 1, detalle de la tapa, diseño inicial

Fig. nº 6.- Vettor 1, detalle de la tobera, diseño inicial

Fig. nº 7.- Vettor 1, detalle del tubo motor, diseño inicial

Desarrollo del ignitor

Tal como se mencionara en la introducción una de las áreas que requirió un desarrollo particular fue el sistema de ignición. Se desarrolló un sistema con un tren pirotécnico en el cual un inflamador enciende una carga de pólvora negra y esta a su vez enciende un granulado de alto poder calórico (a base de Magnesio y resinas fluocarbonadas) que a su vez prende la carga iniciadora principal. El ignitor está tomado a la tapa y la conexión eléctrica es través de la tapa también. Se dispusieron dos inflamadores con circuitos eléctricos independientes. Para su desarrollo se realizaron innumerables pruebas en banco de ensayo con micromotor BEMM-VA1 para lograr un encendido eficiente e instantáneo. Luego con ese diseño se lo redimensionó para aplicarlo al motor cohete Vettor 1, sin embargo el resultado fue negativo por ser demasiado enérgico y deterioró los granos de propergol, justo en el inicio de la combustión. Por ello se lo redujo en tamaño, y energía, y el ensayo del Vettor 2 hubiese sido exitoso si no fuera que falló mecánicamente el ignitor. Con esta experiencia acumulada se procedió a mantener su tamaño pero se rediseño la parte mecánica, con lo cual funcionó correctamente en el ensayo del Vettor 3.

En las Fig. nº 8, nº 9, nº 10 y nº 11 se muestran detalles del ignitor en su diseño inicial.

Fig. nº 8.- Vettor 1, detalle del ignitor desarmado.		Fig. nº 9.- Vettor 1, detalle del ignitor armado.

Fig. nº 10- Vettor 1, detalle del paquete inflamador.		Fig. nº 11- Vettor 1, detalle del ignitor ensayado.

A continuación se brinda un video de un ensayo del sistema de ignición. Se destaca la forma de la llama que muestra algún grado de post combustión. La carga principal es de Perclorato de amonio con una mezcla de elastómeros que contiene Polibutadieno Hidroxil Terminado. Se usó catalizador como para tener una alta velocidad de combustión.
Ensayo ignitor (.wmv).


Propergol

El propergol seleccionado fue la mezcla tradicional de Sorbitol y Nitrato de Potasio, KN/SO, en proporciones de 35 % - 65 %. La preparación del mismo fue siguiendo la metodología descripta en Preparación de propergoles sólidos por fusión de azucares . En la Fig. nº 12 se muestra un grano con su mandril refrigerante central.

Fig. nº 12.- Vettor, detalle del primer grano realizado.

Transporte de los elementos para el ensayo del motor cohete

Por ser la serie de motores Vettor de tamaño mediano requieren un sistema de base de apoyo del motor para su transporte, que se complementó con una caja para almacenar y transportar sobre costillas todo el sistema de medición de empuje y presión. Esta caja dio la protección necesaria a dicho sistema que tenia tuberías de cobre y otros elementos delicados que están expuesto a su deterioro durante el transporte y manipuleo. El diseño de la base de pruebas tuvo la premisa de que sea desarmable para facilitar su transporte (ver fig. nº 13 y 14).

Fig. nº13.- Transporte del Vettor 1 y del BEMCO-EM10a		Fig. nº14.- Caja para transporte de sistema de medición y calibración del BEMCO-EM10a.

Banco de ensayo del motor cohete

Para la prueba del motor Vettor 1 se preparó un banco de Ensayo, el BEMCO-EM10a, Ver fig. nº 15. La configuración es motor vertical, tobera para "arriba".
Consta de una base de tubo de hierro sumamente robusta y una "H" con una columna para soporte y guía del motor. El motor se puede mover deslizandose sobre unos patines regulables revestido con una capa de material de melamina.
En el ensayo del Vettor 1 la BEMCO-EM10a quedó dañada y se la rehizo reparando las partes dañadas y rediseñando todo el sistema de soporte de la celda de carga (ver fig. nº 16). La fuerza ejercida se estimó en 10 Ton. Se observa como la celda de carga "corto" la chapa de protección (ver fig. nº 17, ver parte central superior).

Fig. nº15.- Emiliano Grgic durante el trabajo de terminar el motor Vettor 1, y la base de prueba BEMCO-EM10a.		Fig. nº16.- Juan Parczewski con el motor cohete Vettor 2, montado en el BEMCO-EM10b, momentos previos a su ensayo.

En el ensayo del Vettor 2 la BEMCO-EM10b quedo nuevamente dañada. La fuerza ejercida se estimó también en 10 Ton. (ver fig. nº 17). Si bien el daño quedo limitado al soporte de la celda de carga se decidió rediseñar y realizar una nueva base de pruebas.

Fig. nº 17.- Detalle del daño en la base del BEMCO-EM10a, prueba del Vettor 1		Fig. nº 18.- Detalle del daño en la base del BEMCO-EM10b, prueba del Vettor 2.

Se estudiaron distintas configuraciones y se adoptó la configuración del motor horizontal. En el diseño preliminar se pensaba en una base de perfil "I" de hierro sumamente robusta y unas "H" para soporte y guía del motor. El motor se puede mover deslizandose sobre unos patines regulables revestido con una capa de material de melamina, ver fig. nº 19 y nº 20.
La forma de medición de presión se mantuvo con un trasductor de presión y el empuje se mide mediante una celda de carga.

Fig. nº 19.- Croquis diseño inicial de la BEMCO-EM11		Fig. nº 20.- Diseño inicial de la BEMCO-EM11

En la fig. nº 21 está el motor Vettor 3 montado en la base de pruebas BEMCO-EM11. Se observa que se realizó un muy robusto soporte en la cabeza de la base de pruebas, consistente en dos perfiles de hierro "doble Tee", con dos refuerzos de hierro ángulo de alas iguales.

Fig. nº 21.- Vettor 3 en base de prueba BEMCO-EM11

Inhibidores del propergol

Los manguitos inhibidores fueron realizados con un tubo de cartón. En las fig. nº 22 y 23 se observa como quedaron luego del ensayo del motor, vista parte interna y externa. En la fig. nº 12 se observa el manguito con el propergol de KN/SO.

Fig. nº 22.- Manguito inhibidor luego del ensayo del motor, lado interior.		Fig. nº 23.- Manguito inhibidor luego del ensayo del motor, lado exterior.

Medición y registro de datos

Aparte de las tradicionales planillas donde se registra la "historia" del motor y datos del ensayo, como ser pesos de los manguitos inhibidores, pesos del propergol, etc., etc., se realizó la medición de empuje y presión de cámara de combustión y su registro digital. La presión se mide con un trasductor de presión y el empuje se mide mediante una celda de carga. Las señales de estos elementos son amplificadas y pasadas a un convertidor Analógico/ Digital de 10 bits. El registro se realiza en forma digital en una notebook.
La calibración de estos elementos se realiza mediante patrones primarios calibrados en una firma especializada del rubro.

		Para el ensayo del motor cohete Vettor 1 se dispuso sobre una mesa todos los elementos para el accionamiento del motor cohete y el registro de datos en la notebook, ver fig. nº 24. Debido a que casi en forma instantánea falló el motor los pocos datos capturados no fueron de mayor utilidad. Para el ensayo del Vettor 2 se utilizó equipamiento provisto por Raúl "Tito" Martínez, ver fig. nº 25. Debido a problemas con el software de la notebook no se pudo registrar ningún valor. Con toda la experiencia acumulada en los ensayos de motores chicos sumado a estos dos ensayos de un motor mediano se replanteó la "filosofía" del diseño/montaje de estos elementos. Cabe señalar que estos ensayos no son fáciles de repetir como en caso de motores mas chicos, donde los menores costos y complejidades permiten hacer mayor numero de ensayos con igual trabajo y costo total.
	Fig. nº 24.- Ensayo Vettor 1, sistema de consola de disparo, notebook, batería, elementos varios de Juan Parczewski.

Entonces se realizó un montaje integral para formar un conjunto de elementos mas confiable y robusto. También se agregaron diversos elementos para mejorar su utilidad. Se lo utilizó primero en una serie de ensayos del BEMM-VA1, funcionando siempre en forma segura y confiable. Luego se lo usó en el caso del exitoso ensayo del Vettor 3, ver fig. nº 26. Los resultados fueron satisfactorios, obteniéndose las necesarias curvas de Empuje y Presión / tiempo.

Fig. nº 25.- Ensayo Vettor 2, sistema de conversión A/D y registro en Notebook gentileza de Raúl "tito" Martínez..		Fig. nº 26.- Ensayo Vettor 3, sistema integral de conversión A/D y registro en Notebook. Equipo de Juan Parczewski.

Control de los granos mediante Rayos X

La realización de un motor mediano conlleva una serie de requerimientos especiales y uno de ellos es un incremento en todo el sistema de control de calidad de su manufactura. Una de ellas fue controlar los granos mediante filmación de Rayos X. Este sistema se uso para granos de perclorato de amonio y HTPB y luego se uso para todos los granos de la serie Vettor. En la fig. nº 27 se seleccionaron algunos fotogramas tomados de las filmaciones del control de granos del motor Vettor 3.

Fig. nº 27.- Fotogramas tomados de las filmaciones del control de granos del motor Vettor 3.

La forma de trabajo es muy sencilla: se expone un grano a los Rayos X mientras se lo va girando. Esto se filma y luego se analiza en detalle cada grano. Los defectos que se observaron fueron en la parte interna del grano, a nivel superficial y burbujas en la periferia. No se observaron áreas despegadas del inhibidor ni fracturas del grano. Este método es un poco mas engorroso que una tomografia axial computada, pero es mas rápida y sustancialmente mas barata.

Mezcladora de sólidos

La realización de un motor cohete de tamaño mediano requiere de medios de preparación de una cantidad considerable de propergol. Para el proceso de mezclado de sólidos del propergol se diseño en base a algunos elementos que tenia en mi poder una mezcladora con un volumen de 50 dm3, ver las fig.29 y 30. Su diseño es muy sencillo ya que consta de un recipiente con una tapa que lo sella. Este recipiente esta montado sobre un eje que lo hace girar y que es impulsado por un motor eléctrico con una reducción mecánica de la velocidad.

Fig. nº 29.- Mezcladora de sólidos de 50 dm3, vista lateral superior.		Fig. nº 30.- Mezcladora de sólidos de 50 dm3, vista lado tapa.

Se le puso un sello para que el cierre de la tapa sea hermético y esta aprisionado con 10 tornillos.

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