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Caso real

Juntas de expansión para un cohete espacial construido por estudiantes

University Space Science

Canadá

EJMA

Belman ayuda a un prometedor estudiante aeronáutico y aeroespacial con las juntas de expansión para el motor de cohete espacial construido por estudiantes más poderoso del mundo. Conocidos en todo el mundo por sus innovadoras y extraordinarias soluciones de juntas de expansión para aplicaciones desafiantes que requieren un alto nivel de experiencia y conocimientos de ingeniería, a Belman siempre le impresionan los estudiantes talentosos de prestigiosas instituciones de educación superior que estudian, investigan y desarrollan proyectos extraordinarios. A su vez, esto también significa que los ingenieros de Belman siempre están dispuestos a ayudar a estas estrellas emergentes de la ingeniería con sus desafíos y a compartir con ellos sus conocimientos sobre juntas de expansión. Recientemente, Belman ha vuelto a hacerlo, ayudando a los estudiantes al patrocinar en parte las juntas de expansión diseñadas para -184 °C para el estudiante más genial y su equipo y su impresionante proyecto de cohete espacial “Starsailor” en Canadá.

 

El talentoso estudiante y su equipo
En Belman quedamos asombrados con el perfil y talento del alumno en cuestión y su equipo. Durante los últimos tres años, han estado trabajando incansablemente en el diseño y la construcción del cohete más grande del mundo, hecho por estudiantes, con el objetivo de llegar al espacio exterior. El estudiante, Oleg Khalimonov de la Universidad Concordia en Canadá, actualmente está estudiando para obtener su título universitario en Ingeniería Mecánica. Fue el fundador y ha sido el capitán del equipo del proyecto “Starsailor” desde su lanzamiento en 2018. Su objetivo es ser los primeros estudiantes del mundo en enviar un cohete de propulsión líquida al espacio. Hasta hace poco, también fue el líder de propulsión, lo que le llevó a liderar el desarrollo del motor de cohete de queroseno/oxígeno líquido de 35 kN que terminó batiendo el récord académico del motor de cohete estudiantil más poderoso jamás construido, con su motor de cohete líquido que alcanza los 37 kN. Es decir, es más poderoso que el primer motor de cohete que lanzó SpaceX.

Encontrará un vídeo de su última campaña de prueba aquí: https://youtu.be/p44dx-hXuHs

 

Impresionante proyecto de cohete espacial
Su motor de cohete experimental de propulsión líquida, Stewart, generó un empuje récord de 35 kN. Esta prueba de “fuego fuerte” fue la culminación de una campaña de varios años para lograr el máximo empuje del motor de vuelo para su próximo cohete “Starsailor”. El equipo tiene como objetivo lanzar el cohete y sus experimentos científicos de a bordo a 130 km (30 km por encima de la línea Kármán, que es la frontera entre la atmósfera del mundo y el espacio exterior) el próximo año. En términos de potencia, el motor Stewart superó el récord anterior de estudiantes y todos los motores de cohetes que operan actualmente en Canadá. Lograr un encendido de empuje completo es un hito clave en el desarrollo de motores de cohetes. Genera datos de combustión críticos y actúa como una verdadera prueba de concepto para el diseño del motor. Ahora, planean avanzar con una prueba del cohete completo, denominada “Stage test”, en los próximos meses.
Los motores de cohetes de propulsión líquida suelen ser los más difíciles de construir, y su desarrollo generalmente solo lo llevan a cabo grandes empresas o agencias gubernamentales. Los proyectos de cohetes estudiantiles de este tipo son infrecuentes, ya que requieren una gran cantidad de tiempo, incurren en grandes costes de desarrollo e implican una curva de aprendizaje pronunciada. De las 50 universidades participantes en Norteamérica, el SCRD fue el único equipo que tuvo éxito en el desarrollo de un cohete y un motor de vuelo de empuje completo, utilizando solo una fracción de los recursos disponibles para algunos competidores. Las universidades participantes incluyen la Universidad de Michigan, la Universidad de Columbia Británica, la Universidad de Purdue y la Universidad de Texas. El SCRD ocupó el primer lugar en la revisión de diseño crítico Base11 en febrero y fue el único equipo canadiense que presentó una revisión de preparación para el vuelo en junio. Los participantes en el proyecto del cohete “Starsailor” tienen como objetivo lanzarlo dentro de un año. El equipo está explorando opciones de lanzamiento en Norteamérica, y podría ser uno de los primeros lanzamientos espaciales desde suelo canadiense en más de 50 años. Independientemente de su sitio de lanzamiento final, “Starsailor” y el motor Stewart ya han dejado su huella en la historia.

 

Algunos datos del proyecto:

  • Empuje del motor: 35 kN, equivalente al primer motor de cohete Kestrel de SpaceX
  • Altitud objetivo: 130 km de altitud, una altitud superior a la del último vuelo de pasajeros de Virgin Galactic y a la del último vuelo de pasajeros de Blue Origin. El récord anterior de altitud para estudiantes es el del Traveler IV de la USC, a 103 km
  • Experimento científico en microfluídica con aplicaciones para el estudio de la salud humana en el espacio
  • Space Concordia Rocketry Division: Space Concordia (SC) es una asociación espacial de estudiantes de la Universidad Concordia de Montreal, Canadá. Los estudiantes de SC trabajan más allá de sus estudios y dedican su tiempo extracurricular a la búsqueda de nuevas tecnologías espaciales.

 

El problema y la necesidad de utilizar juntas de expansión
Durante el desarrollo del cohete “Starsailor”, los estudiantes detectaron un problema con el diseño de las tuberías: 0,5″ de contracción axial en la línea de circulación de oxígeno líquido del cohete. Es una envoltura muy estrecha, con menos de 6″ de espacio. Por eso, el estudiante se puso en contacto con Belman para encontrar una solución óptima para absorber estos movimientos. Cuando restaban pocos meses para el lanzamiento, los estudiantes necesitaban ayuda urgente para solucionar este problema.

 

La solución de juntas de expansión
Debido a la aplicación crítica, la instalación de la junta de expansión de alta calidad correctamente diseñada era crucial. Las bajas temperaturas hacían que la selección correcta de los materiales para la junta de expansión fuera muy importante. Con una dilatada experiencia en aplicaciones con gas licuado (GNL/GLP) y casos de aplicación de temperatura negativa en los principales proyectos de juntas de expansión, Belman pudo guiar a los estudiantes en la selección de los materiales para las juntas de expansión. Con un tubo con un diámetro exterior de 1-1/4″ y una rosca de 1-1/4″NPT, el espacio para los extremos de las tuberías resultó ser un desafío. En consecuencia, los estudiantes suministraron los extremos de conexión, cuya longitud Belman redujo de 48 mm a 25 mm en las secciones rectas. Eso permitió ahorrar suficiente espacio para acomodar completamente la junta de expansión. El punto de instalación de las juntas de expansión implica un medio de combustible líquido a temperatura negativa, lo que permite colocar más medios en el mismo espacio reducido. Para evitar que el medio genere turbulencias debido a su alta velocidad de alrededor 13 m/s, se incluyeron camisas interiores en el diseño de las juntas de expansión.

 

El cuidado de Belman
“¿Cuántas veces en la vida tienes la oportunidad de hacer algo que nadie ha hecho antes? Estamos haciendo lo imposible”. Oleg Khalimonov, capitán del equipo, SCRD. Estas declaraciones ciertamente despertaron el interés de Belman. Sobre todo, como le dijo el estudiante a Belman, dado que a pesar de que las universidades atraen muchos patrocinios, él tuvo que cubrir personalmente los gastos de las juntas de expansión. Belman respondió de la siguiente manera: “Podemos enviarlas gratis si podemos crear un caso real interesante a partir del proyecto. ¿Qué opinas?”. A eso el estudiante respondió: “¡Guau! ¡Eso es increíble! ¡SÍ! ¡Trato hecho! Podemos suministrar los accesorios sin problemas. Empezaremos con eso lo antes posible”.
Eso es lo que hace Belman: apoyar y ayudar a las estrellas nacientes de la industria tecnológica. Son los ingenieros del mañana y quienes moverán el mundo. En Belman estamos muy orgullosos de que nuestras juntas de expansión estén marcando la diferencia en el increíble proyecto “Starsailor”.

 

Belman ya lo había hecho antes
A pesar de considerar la ingeniería de alto nivel y los desafíos de la ingeniería como los proyectos más ambiciosos del mundo, en Belman estamos asombrados de lo que pueden hacer las mentes inteligentes. Belman considera importante trabajar con estudiantes y, por eso, ha trabajado con varias universidades de Europa apoyando a los estudiantes en sus excepcionales proyectos. Más recientemente, hemos colaborado con la Universidad de Oxford y la Universidad Bundeswehr de Múnich en proyectos asombrosos en los que se utilizan juntas de expansión.

CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO

Las juntas de expansión para el cohete espacial tienen los siguientes parámetros de diseño:

Tipo: Juntas de expansión axiales (AX1SU) • Cantidad: 3 uds. • Dimensiones: DN 30 • Longitud de instalación: 117,6 mm • Medio: – • Presión de diseño: 36,5 barg • Temperatura de diseño: -184 °C • AX: +0/-40 mm • Fuelle: 1.4541 (AISI 321) • Extremos de las tuberías (suministrados por el cliente): 1.4404 (AISI 316Ti) • Manguitos interiores: 1.4571 (AISI 316Ti) • Código de diseño: EJMA

Beneficios para los estudiantes y su proyecto de cohete espacial

  • El equipo de estudiantes pudo continuar con su increíble cohete y pudo avanzar en el proyecto
  • Con un ahorro en costes, ya que Belman patrocinaba en parte las juntas de expansión y proporcionó ayuda y conocimientos sobre las juntas de expansión
  • Ingeniería y análisis de la solución de juntas de expansión y verificación del diseño
  • La junta de expansión está diseñada para ofrecer fiabilidad bajo los parámetros operativos
  • Absorción controlada de los movimientos del cohete
INFORMACIÓN RELACIONADA

INFORMACIÓN TÉCNICA

  • Catálogo con información sobre las juntas de expansión para GNL/GLP.
  • Puede consultar las certificaciones y homologaciones de tipo de Belman para GNL/GLP aquí:

REFERENCIAS

Universität Bundeswehr München • ESS • University of Oxford • Technische Universität Berlin • RWTH Aachen Universität • Concordia University • Technische Universität Damstadt • University of Copenhagen • Technische Universität Dresden • Cranfield University • Universität Rostock • Universität Stuttgart • DTU – Risø • Vienna University of Technology •

TRABAJO ARTESANAL DE CONFIANZA

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