University of Minnesota NASA USLI PDR presenta8on Nov 28, - PowerPoint PPT Presentation

University ¡of ¡Minnesota ¡ NASA ¡USLI ¡PDR ¡presenta8on ¡ Nov ¡28, ¡2011 ¡

DESIGN ¡AND ¡SIMULATION ¡

Objec8ves ¡ • Send ¡a ¡rocket ¡to ¡one ¡mile ¡al8tude ¡ • Deploy ¡a ¡drogue ¡and ¡a ¡main ¡chute ¡ • Deploy ¡a ¡payload ¡on ¡the ¡ground ¡ • Design ¡a ¡modular ¡system ¡

Sizing ¡ • Designing ¡airframe ¡around ¡the ¡payload ¡  Effec8ve ¡payload ¡length ¡and ¡wheel ¡diameter ¡  Final ¡dimensions ¡of ¡payload ¡  Diameter: ¡7 ¡inch ¡  Length: ¡13 ¡inch ¡

• Airframe ¡diameter ¡and ¡weight ¡constraints ¡to ¡ achieve ¡an ¡al8tude ¡of ¡5,280 ¡feet ¡  Failed ¡to ¡reach ¡5,280 ¡feet ¡with ¡a ¡rocket ¡of ¡constant ¡ diameter ¡to ¡fit ¡the ¡payload ¡  Greater ¡weTed ¡area, ¡outer ¡tube ¡weight ¡and ¡bulkhead ¡weight ¡ ¡  ¡Transi8on ¡from ¡7.708 ¡inch ¡to ¡6.17 ¡inch ¡outer ¡diameter ¡ ¡

Materials/ ¡Component ¡tes8ng ¡ • Materials ¡  G10 ¡Fiberglass: ¡Nosecone, ¡avionics ¡bay ¡bulkheads ¡and ¡ electronics ¡mounts, ¡motor ¡mount ¡tube, ¡fins ¡  G12 ¡Fiberglass: ¡Payload ¡tube, ¡main ¡parachute ¡tube, ¡ drogue ¡coupler, ¡fin ¡tube, ¡payload ¡and ¡main ¡parachute ¡ pistons, ¡airbrake ¡doors ¡  Plywood: ¡Motor ¡mount ¡centering ¡rings ¡  6061 ¡Aluminum: ¡Airbrake ¡hinges, ¡fin ¡mounts ¡  Tubular ¡Nylon: ¡Shock ¡cord ¡ ¡ ¡

• Component ¡ Strength ¡Tes8ng ¡

Rocket ¡Design ¡ • Key ¡Components ¡include ¡  Payload ¡bay ¡sec8on ¡  Transi8on ¡sec8on ¡  Modular ¡fin ¡system ¡  Modular ¡motor ¡mount ¡system ¡  Airbrake ¡system ¡

Simula8on ¡

Motor ¡Selec8on ¡ • Motor ¡size ¡constraints ¡  With/without ¡airbrake ¡system ¡ • Choosing ¡a ¡motor ¡to ¡achieve ¡an ¡al8tude ¡above ¡5,280\ ¡ • Op8mizing ¡takeoff ¡speed ¡to ¡ensure ¡stability ¡a\er ¡ clearing ¡the ¡rail ¡ Motor ¡ Impulse ¡(N-­‑sec) ¡ Burn ¡Rate ¡(sec) ¡ CTI ¡Pro75 ¡L2375-­‑P ¡ ¡ 4864 ¡ ¡ 1.9 ¡ ¡ CTI ¡Pro98 ¡L3150-­‑P ¡ ¡ 4807.8 ¡ ¡ 1.53 ¡ ¡

Avionic ¡Bay ¡Design ¡ • Materials ¡  Electronics ¡moun8ng ¡board: ¡G10 ¡Fiberglass ¡  Bulkheads: ¡G10 ¡Fiberglass ¡  Outer ¡airframe ¡and ¡door: ¡G12 ¡fiberglass ¡ • Door ¡aTachment ¡ • Al8meter ¡and ¡baTery ¡aTachment ¡ and ¡orienta8on ¡ • Securing ¡electronics ¡board ¡

Performance ¡ ¡Characteris8cs ¡ CharacterisBc ¡ Value ¡ Max ¡Al8tude ¡ 5210 ¡\ ¡ Max ¡Accelera8on ¡ 387 ¡\/sec 2 ¡ Max ¡Velocity ¡ 652 ¡\/sec ¡ Max ¡Mach ¡Number ¡ .583 ¡ Sta8c ¡Margin ¡(engine ¡loaded) ¡ 1.11 ¡ Longitudinal ¡Moment ¡of ¡ 62,400 ¡ounces/in 2 ¡ Iner8a ¡( ¡a\er ¡2.2 ¡sec) ¡ Correc8ve ¡Moment ¡Coefficient ¡ 1220 ¡ (at ¡burnout) ¡ Damping ¡Moment ¡Coefficient ¡ 27 ¡ (at ¡burnout) ¡ Rail ¡Exit ¡Velocity ¡ 42.02 ¡\/sec ¡ Max ¡Thrust ¡to ¡Weight ¡Ra8o ¡ 12.1 ¡

Vehicle ¡Risk ¡Mi8ga8on ¡

Scale ¡Tes8ng ¡ • Examine ¡manufacture ¡and ¡assembly ¡processes ¡ • Verify ¡the ¡simula8on ¡with ¡the ¡results ¡of ¡flight ¡tes8ng ¡ • Confirm ¡the ¡recovery ¡system ¡ ¡

RECOVERY ¡

Recovery ¡Objec8ves ¡ • Deploy ¡a ¡drogue ¡and ¡a ¡main ¡chute ¡ • Safely ¡collect ¡the ¡payload ¡and ¡vehicle ¡ • Meet ¡a ¡scien8fic ¡target: ¡the ¡launch ¡ vehicle ¡has ¡the ¡max ¡KE=75 ¡\-­‑lbf ¡at ¡ landing ¡

Recovery ¡Layout ¡ • Dual ¡Deploy ¡Recovery ¡ • Open ¡Drogue ¡Chute ¡at ¡Apogee ¡(~90 ¡\/sec) ¡ • Open ¡Main ¡Chute ¡at ¡800 ¡feet ¡(~10 ¡\/sec) ¡

Avionics ¡ Components ¡ Quality ¡ Raven2 ¡Featherweight ¡Al8meter ¡ ¡ 2 ¡ Redundant ¡al8meter ¡to ¡be ¡determined ¡ ¡ 2 ¡ 9 ¡Volt ¡BaTery ¡ ¡ 4 ¡ Screw ¡Switch ¡ ¡ 4 ¡

• Front ¡and ¡a\ ¡avionics ¡bay ¡responsibili8es ¡  Front: ¡Main ¡parachute ¡and ¡payload ¡deployments ¡  A\: ¡Airbrake ¡control ¡and ¡drogue ¡parachute ¡deployment ¡ • Design ¡redundancy ¡ • Wiring ¡schema8c ¡

Parachute ¡Selec8on ¡ • Main ¡chute ¡selec8on ¡  Scien8fic ¡target ¡  Stability ¡ • Drogue ¡selec8on ¡ ¡ S ¡(m^2) ¡ S ¡(I^2) ¡ Cd ¡ Wmax ¡ Iris ¡Ultra ¡84 ¡ 36.95 ¡ 2.2 ¡ 21.57 ¡ Iris ¡Ultra ¡96 ¡ 48.25 ¡ 2.2 ¡ 24.65 ¡ Iris ¡Ultra ¡120 ¡ 75.4 ¡ 2.2 ¡ 30.81 ¡ Iris ¡Ultra ¡144 ¡ 108.57 ¡ 2.2 ¡ 36.97 ¡ ¡ Iris ¡Ultra ¡168 ¡ 147 ¡ 2.2 ¡ 43.02 ¡ CERT-­‑3 ¡L ¡ 0.354 ¡ 3.81 ¡ 1.26 ¡ 5.24 ¡ CERT-­‑3 ¡XL ¡ 0.347 ¡ 3.735 ¡ 2.59 ¡ 7.44 ¡ CERT-­‑3 ¡XXL ¡ 0.566 ¡ 6.0924 ¡ 2.92 ¡ 10.09 ¡ To ¡meet ¡the ¡scien8fic ¡target, ¡max ¡KE=75 ¡\-­‑lbf ¡at ¡landing ¡

Parachute ¡Deployment ¡ • FFFg ¡black ¡powder ¡charge ¡used ¡ • Ejec8on ¡piston ¡used ¡to ¡push ¡out ¡ main ¡chute ¡ • Caps ¡flush ¡against ¡ejec8on ¡piston ¡ • 2g ¡of ¡black ¡powder ¡ required ¡

Black ¡Powder ¡Charges ¡  3 ¡keyhole ¡shear ¡pins ¡with ¡ shear ¡force ¡of ¡145 ¡pounds ¡  Break ¡shear ¡pins ¡and ¡ move ¡payload ¡out ¡of ¡bay ¡ ¡ !"#$% ! & " #' # " " ( !$ ) % *+,-. &'(' "

Failure ¡Method Risk Mi8ga8on Nosecone ¡Separa8on ¡ Low Detailed ¡calcula8ons ¡will ¡be ¡done ¡ in ¡flight to ¡confirm ¡proper ¡amount ¡of ¡shear ¡ Recovery ¡ pins ¡in ¡nosecone Nosecone ¡jams ¡upon ¡ Low Using ¡the ¡proper ¡shoulder ¡length, ¡ deployment and ¡guarantee ¡that ¡the ¡load ¡to ¡ Risk ¡ separate ¡is ¡evenly ¡distributed Piston ¡jams ¡upon ¡ Low Using ¡the ¡proper ¡piston ¡length ¡for ¡ deployment the ¡tube ¡involved, ¡and ¡making ¡sure ¡ Mi8ga8on ¡ the ¡inner ¡tube ¡is ¡clean ¡and ¡free ¡of ¡ contamina8on Piston ¡Bulkhead ¡fails Low Use ¡proper ¡epoxy ¡techniques ¡to ¡ ensure ¡a ¡rigid ¡bond, ¡ground ¡tes8ng ¡ to ¡find ¡failure ¡load ¡limit BP ¡Charges ¡fail ¡to ¡ Low Proper ¡wiring ¡to ¡avionics ¡is ¡ ignite important, ¡will ¡check ¡power ¡to ¡ BaTery ¡failure Low Ensure ¡correct ¡orienta8on ¡of ¡ leads ¡prior ¡to ¡ejec8on ¡canister ¡ baTery ¡terminals, ¡fresh ¡ being ¡loaded, ¡ematches ¡will ¡be ¡ baTeries ¡every ¡flight, ¡and ¡ centered ¡in ¡the ¡canister holder ¡strength ¡prevents ¡ BP ¡Charges ¡ignite ¡ Low Proper ¡wiring ¡to ¡avionics, ¡and ¡ movement ¡under ¡ prematurely programming ¡of ¡avionics ¡is ¡ accelera8on important Al8meter ¡failure Low Primary ¡and ¡secondary ¡ systems ¡are ¡onboard ¡to ¡ BP ¡Charges ¡ignite ¡ Low Proper ¡wiring ¡and ¡programming simultaneously ensure ¡ejec8on ¡charges ¡and ¡ BP ¡residue ¡ Low The ¡avionics ¡bays ¡must ¡be ¡properly ¡ electronics ¡will ¡func8on contaminates ¡avionics sealed ¡to ¡protect ¡from ¡BP ¡residue, ¡ Incorrect ¡pressure ¡ High We ¡don’t ¡know ¡the ¡airflow ¡ ejec8on ¡canisters ¡must ¡fit ¡properly ¡ readings over ¡our ¡avionics and ¡not ¡move ¡or ¡fail Parachutes ¡singed ¡ Low Main ¡will ¡have ¡a ¡piston ¡and ¡ by ¡BP ¡charge chute ¡protector, ¡while ¡ Not ¡enough ¡BP ¡to ¡ Low Calcula8ons ¡will ¡be ¡essen8al, ¡and ¡ deploy ¡payload ¡or ¡ ground ¡tests ¡will ¡be ¡conducted drogue ¡will ¡have ¡wadding ¡and ¡ parachutes a ¡chute ¡protector

PAYLOAD ¡

Mission ¡Overview ¡ • Purpose ¡  Intended ¡to ¡simulate ¡ Data ¡acquisi8on ¡ deployment ¡on ¡ electronics ¡ extraterrestrial ¡body ¡ ¡  Collect ¡atmospheric ¡data ¡ using ¡onboard ¡sensors ¡  Receive ¡control ¡inputs ¡ from ¡operator ¡on ¡ground ¡ Drive ¡electronics ¡  Verify ¡data ¡by ¡comparing ¡ Camera ¡ to ¡published ¡and ¡pre-­‑ launch ¡readings ¡