Respuestas Estructurales de una Estructura de Microsatélite Conceptual que Incorpora Patrones de Perforación a Cargas Dinámicas de Lanzamiento
Autores: Dawood, Sarmad Dawood Salman; Harmin, Mohammad Yazdi
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Respuestas Estructurales de una Estructura de Microsatélite Conceptual que Incorpora Patrones de Perforación a Cargas Dinámicas de Lanzamiento
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Sistemas de satélites
Fases operativas
Fase de lanzamiento
Subsistema estructural
Fluencia de materiales
Cargas dinámicas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Los sistemas de satélites pasan por varias fases operativas durante su vida útil, incluyendo la fase de ensamblaje, la fase de transporte terrestre, la fase de lanzamiento y la fase de operación en órbita. Entre estas fases, la que impone el mayor nivel de cargas sobre el satélite es la fase de lanzamiento. Esta fase implica una serie de cargas altamente dinámicas, todas impuestas sobre el satélite simultáneamente. La investigación de las respuestas del subsistema estructural de un satélite a estas cargas, a saber, sus deformaciones máximas y las tensiones máximas de von Mises, es crítica si se desea alcanzar un nivel razonablemente alto de confianza. Esta confianza se refiere a asegurar que no se desarrolle fluencia del material en la estructura como resultado de las cargas de lanzamiento impuestas. En un trabajo anterior, se diseñó el subsistema estructural de un microsatélite conceptual, empleando aleación de aluminio 6061 como material. Luego se modificó introduciendo conjuntos de patrones geométricos definidos paramétricamente como patrones de perforación para eliminar material, con el fin de reducir la masa total de la estructura, como alternativa al uso de materiales compuestos. Ese esfuerzo llevó a un porcentaje de reducción de masa del 23.15%. El esfuerzo de investigación del trabajo actual se centró en calcular las respuestas de la estructura perforada a tres de las cargas dinámicas de lanzamiento que se imponen a los satélites durante el lanzamiento, a saber, cargas cuasi-estáticas, aleatorias y de choque. Estas respuestas se compararon luego con las de la versión base, no perforada, de la misma estructura. Los valores de estas cargas se tomaron de las fuentes relevantes, siendo los valores nominales, y representaban las cargas que cualquier satélite debe calificar antes de que pueda ser aceptado por el proveedor para su inclusión en un lanzador. Después de imponer estos valores de carga sobre el diseño estructural, se encontró que las respuestas estructurales indicaban que la estructura sobreviviría con éxito a estas cargas sin desarrollar tensiones que llevaran a la falla por fluencia del material. Esto se dedujo al calcular los márgenes de seguridad de fluencia para cada caso de carga, y todos los valores de margen fueron positivos, indicando que la estructura, en su etapa de desarrollo actual, tenía suficiente capacidad para soportar estas cargas sin fluencia del material. Esto reforzó la conclusión del trabajo anterior, a saber, que el concepto de perforación tenía suficiente mérito para ser desarrollado aún más hacia su implementación en futuros diseños de satélites.
Descripción
Los sistemas de satélites pasan por varias fases operativas durante su vida útil, incluyendo la fase de ensamblaje, la fase de transporte terrestre, la fase de lanzamiento y la fase de operación en órbita. Entre estas fases, la que impone el mayor nivel de cargas sobre el satélite es la fase de lanzamiento. Esta fase implica una serie de cargas altamente dinámicas, todas impuestas sobre el satélite simultáneamente. La investigación de las respuestas del subsistema estructural de un satélite a estas cargas, a saber, sus deformaciones máximas y las tensiones máximas de von Mises, es crítica si se desea alcanzar un nivel razonablemente alto de confianza. Esta confianza se refiere a asegurar que no se desarrolle fluencia del material en la estructura como resultado de las cargas de lanzamiento impuestas. En un trabajo anterior, se diseñó el subsistema estructural de un microsatélite conceptual, empleando aleación de aluminio 6061 como material. Luego se modificó introduciendo conjuntos de patrones geométricos definidos paramétricamente como patrones de perforación para eliminar material, con el fin de reducir la masa total de la estructura, como alternativa al uso de materiales compuestos. Ese esfuerzo llevó a un porcentaje de reducción de masa del 23.15%. El esfuerzo de investigación del trabajo actual se centró en calcular las respuestas de la estructura perforada a tres de las cargas dinámicas de lanzamiento que se imponen a los satélites durante el lanzamiento, a saber, cargas cuasi-estáticas, aleatorias y de choque. Estas respuestas se compararon luego con las de la versión base, no perforada, de la misma estructura. Los valores de estas cargas se tomaron de las fuentes relevantes, siendo los valores nominales, y representaban las cargas que cualquier satélite debe calificar antes de que pueda ser aceptado por el proveedor para su inclusión en un lanzador. Después de imponer estos valores de carga sobre el diseño estructural, se encontró que las respuestas estructurales indicaban que la estructura sobreviviría con éxito a estas cargas sin desarrollar tensiones que llevaran a la falla por fluencia del material. Esto se dedujo al calcular los márgenes de seguridad de fluencia para cada caso de carga, y todos los valores de margen fueron positivos, indicando que la estructura, en su etapa de desarrollo actual, tenía suficiente capacidad para soportar estas cargas sin fluencia del material. Esto reforzó la conclusión del trabajo anterior, a saber, que el concepto de perforación tenía suficiente mérito para ser desarrollado aún más hacia su implementación en futuros diseños de satélites.