Cohete

Pesos y Estabilidad

En la fase de diseño preliminar del cohete es necesario llevar a cabo los siguientes análisis iniciales que se actualizarán en las posteriores fases a medida que avance el desarrollo:

  • Estudio inicial de pesos y cálculo del Centro de Gravedad (CG) estimado.
  • Estudio inicial de dimensiones de los subsistemas.
  • Estudio inicial de estabilidad.

El estudio inicial de pesos se debe hacer un reparto de los pesos de los subsistemas y componente teniendo como objetivo el peso total del cohete que se ha especificado como requisito.

Inicialmente la mayoría de los pesos serán estimados y a medida que avance el diseño se irá actualizados en análisis con los pesos reales.

De la misma forma se debe hacer un análisis de estabilidad en el que se tendrá en cuenta las longitudes estimadas de los subsistemas (motor, sistema de liberación, electrónica, paracaídas, …) para tener una distribución preliminar y junto con los pesos del anterior estudio la posición estimada del CG.

El cálculo del Centro de Presiones (CP) se ha realizado con la herramienta aerolab.

Hay que tener en cuenta que el CP se desplaza cuando aumenta la velocidad por lo que habrá que calcularlo tanto a velocidad 0 (despegue) como a la velocidad máxima del cohete.

El CG también varía debido a que el propulsante se va consumiendo con la combustión.

Hay que hacer los cálculos de estabilidad para esas situaciones.

Es recomendable que el CG esté entre 1,5·D y 2·D por encima del CP para asegurar una correcta estabilidad.

Cuanto mayor sea esa distancia más estable será el cohete pero también se aproará al viento con mayor facilidad inclinando su trayectoria vertical.

Por el otro límite, cuanto menor sea la distancia menor será la estabilidad siendo crítica cuando CG y CP coinciden. Esto se debe evitar a toda costa porque un cohete inestable, si no tiene un sistema activo de control, está descontrolado y es peligroso.

¡Peligro! El CG siempre debe estar por encima del CP, a no ser que el cohete tenga control activo.

El CG se puede modificar moviendo la distribución de los pesos de los componentes dentro del cohete.

El CP se puede modificar cambiando la forma, número, posición y dimensiones de las aletas.

A continuación se dejan los enlaces para descargar los estudios antes mencionados.

Después de los estudios previos se comienza el diseño preliminar de los subsistemas y la selección de los componentes. Por ejemplo se seleccionan los componentes eléctrico/electrónicos (Controlador, IMU, GPS, ignitor,,…) y se estudia el consumo eléctrico, así se puede seleccionar la batería. Posteriormente se puede iniciar el diseño de las tarjetas electrónicas.

Hay que realizar el cálculo de la resistencia mecánica de las uniones de las partes del fuselaje y de los anclajes del motor para asegurar que el fuselaje aguanta estructuralmente cuando se abra el paracaídas ya que los esfuerzos en ese momento pueden ser elevados más aún si el paracaídas no se abre justo en el apogeo.

En la página «Fuselaje y elementos aerodinámicos» se muestra información del uso de Aerolab para el cálculo teórico del CP.