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información sobre el trasbordado espacial
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CONSTRUCCION Y ANALISIS AERODINAMICO
DE UN TRANSBORDADOR ESPACIAL EN VUELO
SUBSONICO.
Arias Hernandez Juan Pablo∗ - Patinno Rincon Bryam Steven∗
Salazar Ceballos Oscar David†
FACULTAD DE INGENIERIA, PROGRAMA DE INGENIERIA AERONAUTICA
Aerodinamica Aplicada
Ing. John Jairo Vaca Rıos
In the following document exposed the parameters for the development of our project forthe kinds of applied aerodynamics, the objectives of the project that will develop graduallythroughout the semester is exposed. be written to objectives, budget and we aim to get inbuilding the space shuttle..
I. Introduccion
La aerodinamica en la historia ha jugado un papel muy importante en el diseno y construccion de trans-bordadores, siendo capaz de lograr excelentes condiciones de vuelo con requisitos prominentes; la decisionde construir y analizar aerodinamicamente un transbordador espacial en vuelo subsonico ha sido tomadateniendo en cuenta que la aviacion a nivel mundial esta logrando pasos agigantados, consiguiendo grandesaportes a la aviacion espacial, de este modo realizaremos un estudio en esta rama para ampliar nuestrosconocimientos de una manera considerable.
II. MARCO REFERENCIAL
II.A. Condiciones trabajadas por la NASA para el estudio aerodinamico del transbordador
Uno de los primeros retos en el desarrollo del transbordador espacial fue su diseno aerodinamico, el cual tuvoque satisfacer los requisitos para el re-ingreso a la orbita terrestre, donde tiene que tener ciertas ventajas conrespecto a las altas temperaturas. Fue el primer vehıculo aeroespacial capaz de volar en regimen hipersonico,proporcionando la primera prueba real para la denotacion de teorıas de altas velocidades en vuelo, una de laespecialidades de la aerodinamica para el lanzamiento del transbordador espacial es principalmente asociadocon el analisis de vuelo a traves de la atmosfera de la tierra donde implico el estudio de presiones localesgeneradas durante el vuelo, las fuerzas resultantes y momentos que cuando se combina con fuerzas talescomo la de la gravedad y el empuje, determina como la aeronave volara.
Las pruebas en el tunel de viento, tecnica asociada para obtener datos de fuerza del aire en un modeloa escala y mide los datos de interes tales como presiones locales, fuerzas totales.
Los ingenieros aeroespaciales a menudo se relacionan con velocidad en terminos de numero de Mach larelacion de la velocidad de un objeto con respecto a la velocidad del sonido en el gas a traves la que el objeto
∗Correo electronico: [email protected]†[email protected]
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esta volando. Cualquier cosa viajando a menos de Mach 1 se dice que es subsonico y mayor que Mach 1se dice que es supersonica. El regimen de caudales es de aproximadamente 0,8 y Mach 1,2 a Mach que seconoce como transonica.
Otros aspectos del diseo de transporte que complicado aun mas la tarea para los ingenieros, fue interferenciaaerodinamica que existe entre los elementos, alterando la resultante de cargas de presion y la aerodinamicaen elementos vecinos. Tambien, puesto diversos elementos de transporte se disenaron para que se separaranen diferentes puntos de la trayectoria, los ingenieros tuvieron que considerar las diversas posiciones relativasde los elementos durante la separacion. Sin embargo, otras complicaciones fue el efecto de los penachosgenerada por SRB y del transbordador espacial en los motores principales (SSMEs) para sus campos de flujocomandos y desviacion del aire moviendose alrededor de la nave espacial, ası influye en las presiones sobrelas superficies y alterando el vehıculo de caracterısticas aerodinamicas.
Desafortunadamente, las pruebas de tunel de viento con tanques externos de gas fueron significativamentemas caros y consumıan mucho tiempo que las pruebas aerodinamicas ”estandar”. Ası, el enfoque fue im-plementar las mejores pruebas disponibles para caracterizar completamente el ”apagado” base de datos.”Power-on” (es decir, despues que se midieron los tanques externos) efectos a partir de un numero limitadode escape pruebas en los motores y se anadieron a la de mediciones con el sistema de propulsion apagadopara la base de datos final.
Figure 1. Comportamiento de coordenadas rectangulares. (Aerodynamics and Flight Dynamics. NASA)
II.B. Transbordador espacial
El sistema de Transbordador Espacial de la NASA (en ingles: Space Shuttle, Space Transport System oSTS) formo parte del programa del transbordador espacial, siendo la primera nave espacial reutilizable yla primera capaz de poner satelites en orbita (aunque a una orbita baja), y traerlos de vuelta a la super-ficie. Cada transbordador tenıa una vida util proyectada de 100 lanzamientos. Fue disenado para ser elsistema bandera de exploracion espacial tripulada de EE.UU. durante los aos 1980, y para hacer realidad elsueno estadounidense de construir y mantener una estacion espacial como habıan tenido los sovieticos en sumomento. La flota de transbordadores espaciales, junto con los vehıculos sovieticos, fueron los encargadosde elevar los distintos modulos de la Estacion Espacial Internacional, ası como de la provision regular desuministros.
El transbordador espacial tiene los siguientes componentes principales:
- El propio vehıculo transbordador (orbitador) reutilizable. Dimensiones al estar sobre sus ruedas: 17,25metros de altura (incluye cola timon), 37,24 metros de largo y envergadura 23,79 (entre extremo de las alas).Capacidad de tripulacion: 5 a 7 personas.
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- Un gran tanque externo desechable de combustible (ET por sus siglas en ingles) que contiene hidrogenoy oxıgeno lıquidos en tanques interiores para alimentar los tres motores principales. El tanque se libera 8,5minutos despues del lanzamiento, a una altitud de 109 km, rompiendose en pedazos que caen al mar sin serrecogidos. Dimensiones: 46,14 metros de altura y 8,28 metros de diametro.
- Dos tanques recuperables de combustible solido (SRB por sus siglas en ingls) que contienen un propulsantecompuesto principalmente de perclorato de amonio (oxidante, 70 porciento en peso) y aluminio (combustible,16 porciento en peso). Ambos tanques se separan 2 minutos despues del lanzamiento a una altura de 66 km,abren sus paracaıdas y luego son recogidos tras su amerizaje. Dimensiones: 44,74 metros de altura y 3,65metros de diametro. Cada tanque pesa 96.000 kilogramos.
-Altura del conjunto: 56,14 m.
-Longitud del transbordador: 37,23 m
-Envergadura: 23,79 m
-Peso en el despegue: 2.041.166 kg
-Peso tras la mision: 104.326 kg
Figure 2. Transbordador en protocolo de despegue. (Aerodynamics and Flight Dynamics. NASA)
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III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La aerodinamica es una rama de la mecanica de fluidos con un sinfın de aplicaciones que van desde elflujo de aire que pasa por un edificio hasta como el analisis aerodinamico a grandes aeronaves que circundanlos cielos y el espacio, para nosotros como estudiantes de ingenierıa aeronautica es primordial aplicar losconocimientos vistos en clases a grandes invenciones para enfatizar el metodologıa de la investigacion. Eltransbordador espacial es una aeronave utilizada para uso especial de transporte de investigadores, materialesy otros implementos necesitados para seguir con el estudio de nuevas formas de comunicarnos, denotacin deplanetas, etc. Pero lo que nosotros queremos saber es como se comporta un transbordador en un tunel deviento subsonico en su momento de aterrizaje, para dicernir las semejanzas y diferencias con otras aeronavesen los mismos parametros del transbordador.
IV. OBJETIVO GENERAL
Analizar y comprender los efectos del flujo de aire a la velocidad subsonica en las primeras etapas delvuelo y en la etapa de aterrizaje.
IV.A. OBJETIVOS ESPECIFICOS
-Entender el movimiento del flujo (aire) sobre el orbitador.
-Comparar los efectos del flujo de aire a la velocidad subsonica y compararlas con las condiciones atmosfricassituadas en el orbitador.
-Denotar como el orbitador se comporta sin el tanque externo del combustible.
-Determinar el coeficiente de Drag para la etapa de aterrizaje, variando sus angulos de ataque y obtener elmejor angulo de aterrizaje para el transbordador.
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V. METODOLOGIA
Se realizo el siguiente esquema explicando los pasos de la metodologa y sus caractersticas.
VI. PRESUPUESTO
El presupuesto puede variar de acuerdo al incremento de materiales en el transcurso del proyecto
Nota: no es posible utilizar otro tipo de material, (como metales), ya que si empleamos este tipo de materi-ales, el transbordador es considerado un misil para las pruebas en el tunel de viento.
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VII. CRONOGRAMA
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References
1Aerodynamics and Fligh Dinamics , Gerald LeBeau ,Aldo Bordano , Disponible en :www.nasa.gov/centers/johnson/pdf/584730mainWings-ch4d-pgs226-241.pdf.
2Engineering Innovations, Yolanda Harris, Disponible en: http://www.nasa.gov/centers/johnson/pdf/584727mainWings-ch4a-pgs157-181.pdf
3Structural Design, Gail Chapline, Disponible en: http://www.nasa.gov/centers/johnson/pdf/584733mainWings-ch4g-pgs270-285.pdf
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