Dissertação

{en_GB=Structural and Thermal Analysis of the ORCASat} {} EVALUATED

{pt=Análise estrutural e térmica do Optical Reference Calibration Satellite (ORCASat), um CubeSat de 2 unidades. O principal objetivo é demonstrar que o satélite cumpre os requisitos mecânicos e térmicos durante as fases de lançamento e órbita. A nível estrutural, a frequência fundamental do ORCASat é analisada e verifica-se se sua estrutura suporta uma carga de 1200 N ao longo eixo longitudinal. O solver Siemens NX Nastran é utilizado para as análises de vibração e linear estática. Soluções são sugeridas sempre que os requisitos não são cumpridos. Os resultados numéricos são posteriormente comparados com resultados obtidos a partir de dois testes experimentais. Após um melhoramento relativo à densidade do Alumínio 6061, o modelo de elementos finitos que representa a estrutura externa é validado. A nível térmico, os ciclos de temperatura dos componentes são estudados para se verificar que o ORCASat, na órbita pré-definida, se encontra dentro do intervalo que permite a sua operabilidade. Nesta análise, o solver Siemens NX Space Systems Thermal é utilizado. As condições de fronteira são descritas e estabelecidas. De modo a acelerar as simulações, são sugeridas algumas simplificações. Dois casos opostos são analisados – caso quente e frio – sendo desenvolvido um sistema de controlo térmico passivo. É provado que o satélite mantém a sua integridade estrutural após o lançamento e sobrevive ao ambiente espacial, estando operacional durante o tempo esperado de vida. , en=Structural and thermal analysis of the Optical Reference Calibration Satellite (ORCASat), a 2U CubeSat. The goal is to demonstrate that the spacecraft fulfills the mechanical and thermal requirements during launch and orbital conditions. On the structural level, it is verified if the satellite’s fundamental frequency remains above 90 Hz and if its main structure handles a load of 1200 N along the longitudinal axis. Siemens NX Nastran is used for both vibration and linear static analysis. Solutions are proposed when the requirements are not fulfilled. The numerical data is compared with the results obtained by two experimental tests - a shaker test performed at the University of Victoria and an impact test performed at the National Research Council. After an improvement involving the density of the material Aluminum 6061, the FEM model representing the spacecraft’s external structure is validated. On the thermal level, the components’ thermal cycles are studied to verify if the ORCASat operates between the safe temperature range in the defined orbit. The solver Siemens NX Space Systems Thermal is used in this analysis. Boundary conditions such as Radiation Simulation Object, Heat Loads and Orbital Heating are described and established. Simplifications in the solution details are suggested. Two opposite cases are analysed – hot and cold case – where a passive thermal control system is developed to maintain the ORCASat between its operational temperatures. It is proven that this satellite can maintain its structural integrity after launch and survive the space environment, being operational during its lifetime.}
{pt=CubeSat, Modelo de Elementos Finitos, Análise Estrutural, Frequência Fundamental, Análise Térmica, Sistema de Controlo Térmico, en=CubeSat, Finite Element Model, Structural Analysis, Fundamental Frequency, Thermal Analysis, Thermal Control System}

Janeiro 30, 2020, 16:0

Orientação

ORIENTADOR

Afzal Suleman

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Catedrático