Μελέτη μεθόδων σχεδίασης πειραματικού/ερευνητικού πυραύλου

• Κύριος συγγραφέας: Φρυσίρα, Δήμητρα Αικατερίνη
• Άλλοι συγγραφείς: Frysira, Dimitra Aikaterini
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2023
• Θέματα: Ερευνητικοί πύραυλοι; Ειδική ώθηση; Λόγος συντελεστή αντίστασης προς συντελεστή άντωσης; Πτερύγια; Sounding rocket; Specific impulse; Drag coefficient to lift coefficient ratio; Nose cone; Fins

Σκοπός της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας αποτελεί ο βασικός σχεδιασμός ερευνητικού πυραύλου που πληροί συγκεκριμένες προδιαγραφές, οι οποίες είναι να φτάνει σε απόγειο από 1000 έως 1200 m καθώς και να μπορεί να μεταφέρει ωφέλιμο φορτίο βάρους 1 kg, με βέλτιστη ειδική ώθηση και ελάχιστο δυνατό λόγο συντελεστή αντίστασης προς συντελεστή άντωσης (CD/ CL). Η μελέτη εκπονείται με τη χρήση του προγράμματος OpenRocket και με το πρόγραμμα CFD Ansys Fluent συνδυαστικά με βιβλιογραφικές γνώσεις. Το OpenRocket υπολογίζει τα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά και το φάκελο πτήσης του πυραύλου ενώ το Ansys Fluent τα αεροδυναμικά χαρακτηριστικά του. Για την τελική επιλογή συγκεκριμένου σχήματος και χαρακτηριστικών του κάθε μέρους του πυραύλου γίνονται δοκιμές των δυνατών επιλογών και τελικά επιλέγεται αυτό που πληροί όσο το δυνατόν περισσότερο τις προδιαγραφές. Τα αποτελέσματα των δυο προγραμμάτων χρησιμοποιούνται συμπληρωματικά για την εξαγωγή συμπεράσματος και την τελική επιλογή. Στο πρόγραμμα CFD πραγματοποιούνται προσομοιώσεις στο διακριτοποιημένο, με αδόμητο πλέγμα, πύραυλο και, με δομημένο πλέγμα, χωρίο προσομοίωσης για έξι γωνίες προσβολής και δέκα ταχύτητες ροής στην κάθε μια, που δίνουν ένα πλήρες προφίλ της πτήσης του δεδομένου πυραύλου. Αρχικά παρουσιάζονται τα διάφορα επί μέρους κομμάτια του πυραύλου (nose cone, ακροφύσιο, πτερύγια), σε τι χρησιμεύει το καθένα, τα διάφορα σχήματα που μπορεί να λάβουν και τα χαρακτηριστικά του κάθε σχήματος. Επίσης, γίνεται παρουσίαση της έννοιας της ευστάθειας σε ένα πύραυλο, πώς υπολογίζεται και πώς επηρεάζει η τιμή της την πτήση του πυραύλου. Όσον αφορά την επιλογή κινητήρα, μετά από δοκιμές διαφόρων μοντέλων στο πρόγραμμα OpenRocket, τελικά μελετήθηκαν εκτενέστερα τρείς, αυτός που προσέφερε τη μέγιστη τιμή ειδικής ώθησης, αυτός με τη χαμηλότερη τιμή αρχικής μάζας κινητήρα και αυτός με τη μικρότερη τιμή μάζας προωθητικού, συγκριτικά με τους υπόλοιπους. Τελικά επιλέχθηκε ο κινητήρας με τη μικρότερη τιμή μάζας προωθητικού, λόγω της πιο σταθερής ώσης που έχει. Το ακροφύσιο κινητήρα που επιλέχθηκε είναι συγκλίνον-αποκλίνον. Για το nose cone επιλέχθηκε σχήμα Von Karman με fineness ratio 3 και τραπεζοειδές σχήμα για τα πτερύγια με aspect ratio 1.33. Με γνώμονα τις διαστάσεις του κινητήρα καθώς και βιβλιογραφική έρευνα έγινε ο υπολογισμός των διαστάσεων των υπόλοιπων στοιχείων του πυραύλου. Όσον αφορά την ευστάθεια του πυραύλου, τελικά είναι σχετικά υπερ-ευσταθής.