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Dissertação

{en_GB=Rocket system recovery using rotative wings} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=Neste trabalho, a viabilidade da recuperação de naves espaciais utilizando asas rotativas é analisada. Esta tecnologia baseia-se no fenómeno de autorrotação, no qual o rotor não tem motor associado. Possui a capacidade de efetuar aterragens seguras e controladas, permitindo a reutilização do foguetão em diferentes missões. De modo a cumprir o objetivo, desenvolveu-se um modelo computacional que simula a descida do primeiro estágio de um foguetão. Baseia-se em teorias aerodinâmicas de rotores e cinemática e determina diversos parâmetros do rotor que possibilitam a análise da performance do sistema. Além disso, recorre também a dados experimentais para aumentar a exatidão dos resultados. A verificação do modelo efetuou-se através da comparação do seu comportamento com dados da literatura. Os estudos consideraram a recuperação de uma sonda existente. Para compreender como cada parâmetro de design influencia o sistema, realizou-se um estudo paramétrico das principais variáveis do rotor. Concluiu-se que o ângulo de picada das hélices é extremamente importante para a performance do sistema e deve ser cuidadosamente selecionado, e que aumentos de massa resultantes de raios excessivos das hélices podem ser prejudiciais. Além disso, realizou-se uma otimização com o objetivo de minimizar a velocidade terminal do foguetão e o design obtido reduziu a velocidade em 72.7%, em comparação com a velocidade inicial. Finalmente, uma manobra de flare foi demonstrada para reduzir a velocidade de aterragem, resultando numa velocidade terminal de 3.89 m/s. Concluiu-se que este sistema de recuperação é altamente promissor, embora careça de trabalhos futuros em várias áreas de estudo., en=In this work, the feasibility of spacecraft recovery using rotative wings is analysed. This technology is based on the autorotation phenomenon, in which the rotor is driven without power associated. It possesses the ability to perform a safe and controlled landing, allowing the spacecraft to be reused and utilised in missions with different requirements. To fulfill the objective, a computational model that simulates the descent of a rocket’s first stage was developed. It is based on rotor’s aerodynamic theories and kinematics and computes several rotor parameters that allow the analysis of the system’s performance. Moreover, it resorts to experimental data to increase the results’ accuracy. The model’s verification was successfully carried out by comparing its behaviour with literature data. The studies considered the recovery of an existing sounding rocket. To understand how each design parameter influences the system, a parametric study of the rotor design variables was held. It was concluded that the blade’s pitch angle is extremely important for the system’s performance and should be carefully selected, and that weight penalties resultant from excessive blade’s number or radius can be prejudicial. Furthermore, a design optimisation was conducted, aiming to minimise the rocket’s terminal velocity. The optimised solution decreased the terminal velocity by 72.7%, in comparison to the initial velocity. Finally, a flare manoeuvre was disclosed to reduce the touchdown velocity, resulting in a terminal velocity of 3.89 m/s. This recovery system is concluded to be highly promising, though requiring further work in several fields of study.}
Keywords: {pt=Sistemas de Recuperação de Foguetões, Dinâmica de Autorrotação, Asas Rotativas, Sistemas de Recuperação em Autorrotação, Otimização de Sistemas de Recuperação, en=Rocket Recovery Systems, Autorotation Dynamics, Rotative Wings, Autorotation Recovery Systems, Recovery System Design Optimisation}

Discussão: novembro 29, 2022, 16:0