Dissertação

{en_GB=Preliminary Design of a Micro Launch Vehicle} {} EVALUATED

{pt=O dimensionamento estrutural preliminar de um lançador é um dos passos fundamentais na concepção do veículo. Dos vários subsistemas, a par do propulsivo, é a estrutura o mais condicionante, pois define a maior percentagem de massa seca do veículo. Consequentemente, um dos objectivos principais num projecto de um lançador é diminuir a sua massa estrutural, de forma a maximizar a razão entre a carga a colocar em órbita e o peso total do veículo, maximizando deste modo a eficiência de cada missão. Assim, a análise estrutural preliminar é essencial na optimização do projecto e é a finalidade deste trabalho. Começa-se por uma revisão bibliográfica, não só sobre os componentes estruturais que constituem um lançador e os respectivos materiais, mas também sobre os combustíveis que podem ser selecionados neste caso. De seguida, através de trade-off studies, são então definidos esses combustíveis e materiais estruturais: oxigénio líquido e metano líquido como combustíveis; a liga de alumínio 2024 e um compósito de fibra de carbono de alta resistência como materiais. Posto isto, primeiramente é feito o dimensionamento estrutural, com o intuito de avaliar quais as dimensões gerais (comprimento e diâmetro) que proporcionam as melhores características aerodinâmicas ao lançador. Por fim, estando estabelecido o coeficiente de esbeltez do veículo, é possível determinar os parâmetros dimensionais de cada componente estrutural, utilizando a Teoria da Membrana aplicada a cascas de revolução. Conclui-se que o veículo terá menor massa do que inicialmente estimado, o que significa que existe uma margem para futuras iterações na sua concepção., en=The preliminary structural sizing of a launcher is one of the fundamental steps in the design of that vehicle. From the various subsystems, along with the propulsion, it is the structure the most conditioning one, since it defines the major percentage of the vehicle’s dry mass. Consequently, one of the main goals in a launch vehicle project is to decrease its structural mass, in order to maximize the ratio between the payload and the launcher’s total weight, thus maximizing the efficiency of each mission. Therefore, a preliminary structural analysis is essential in the design optimization and it is the goal of this work. To begin with, a bibliographic revision is done, not only about the structural components that form the launcher and their respective materials, but also about the propellants that can be selected in this case. Next, those propellants and structural materials are defined through tradeoff studies: liquid oxygen and liquid methane as propellants; the aluminium alloy 2024 and the High Strength Carbon Fiber Composite as the materials. After that, the sizing is first done with the aim of evaluating which are the general dimensions (length and diameter) that provide the best aerodynamic characteristics to the launcher. Finally, having established the fineness ratio of the vehicle, it is possible to determine the dimensional parameters of each structural element, utilizing the Membrane Theory for shells of revolution. It is concluded that the vehicle has a lower mass than initially estimated, meaning that there is a margin for future design iterations.}
{pt=Lançador, tanques estruturais, dimensionamento estrutural, cascas de revolução, Teoria da Membrana, en=Launcher, structural tanks, structural sizing, shells of revolution, Membrane Theory}

Junho 26, 2018, 8:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

Horácio Moreira

OMNIDEA

Especialista

ORIENTADOR

António Manuel Relógio Ribeiro

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

Filipe Szolnoky Ramos Pinto Cunha

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar