Fabricação da Versão Final do Foguete

Após muitos estudos a equipe Propulsar Engenharia aprimorou o seu foguete e alcançou um modelo final de lançamento que promete ser ainda melhor que o anterior. Vamos ver abaixo o passo a passo de cada etapa de fabricação do foguete e o seu resultado.

O corpo do foguete foi feito com uma garrafa de energético (Imagem 1) e o bico junto com a extensão do tronco foi feita a partir de uma garrafa de refrigerante (Imagem 2).

Imagem 1. Modelo virtual corpo do foguete. Fonte: Própria

Imagem 2. Modelo virtual corpo do foguete e extensão. Fonte: Própria

Uma saia cilíndrica reta foi colocada na traseira do foguete (Imagem 3).

Imagem 3. Modelo virtual corpo do foguete + extensão + saia. Fonte: Própria 

O bico do foguete foi feito em formato achatado o que funciona bem em baixas velocidades. Este bico foi feito cortando a tampa de uma garrafa e fazendo o acabamento superior com fita Silver Tape, confira o modelo do bico do foguete (Imagem 4).

Imagem 4. Modelo virtual corpo + extensão + saia + bico. Fonte: Própria

Junto a saia foram fixadas 4 grandes aletas divididas simetricamente (Imagem 5). As aletas utilizadas são materiais reciclados a partir da caixa de arquivos de plástico. Estas aletas dão estabilidade e controla a trajetória do foguete. Para manter uma melhor estabilidade no foguete, são necessária de no mínimo três aletas, colocadas uniformemente no diâmetro do foguete. Normalmente são dispostas na parte inferior do foguete mais estável. As forma geométricas das aletas variam, podendo ser em forma de um triângulo, trapézio ou trapézio cortado, essas formas influenciam consequentemente na localização do centro de pressão.

Imagem 5. Modelo virtual foguete completo + aletas. Fonte: Própria

Afim de aproximar o centro de massa do foguete para a parte superior para que a trajetória do foguete fique orientada, colocamos jornal molhado dentro do bico do foguete. Temos então o modelo final do foguete que será utilizado no lançamento oblíquo (Imagem 6 e 7).   

Imagem 6. Modelo virtual foguete final. Fonte: Própria

Imagem 7. Modelo físico final do foguete. Fonte: Própria

Fabricação da Plataforma

A confecção da plataforma vem sendo feita a uma semana e chegamos ao modelo final. Para sua montagem utilizamos estrutura treliçada feita com palitos de picolé e cola de madeira. Com isso conseguimos moldar a estrutura conforme o modelo virtual previamente feito. O sistema de propulsão será anexado a parte superior desta plataforma, na qual esta deverá aguentar uma força mínima igual a força de empuxo do momento de lançamento, aproximadamente 530 N. Essa carga será distribuída pelos nós da estrutura a cada elemento que a compõe, estes foram dimensionados conforme os ensaios de tração e flexão visto em postagens anteriores.

Confira as fotos do dia da montagem da plataforma.

Imagem 1. Membro da equipe em montagem da plataforma. Fonte: Própria

Imagem 2. Estrutura treliçada da plataforma sendo montada. Fonte: Própria

Modelo CAD Plataforma

Após encontrar as forças sofridas pela plataforma e através dos ensaios de tração e flexão de material, a propulsar engenharia pôde desenvolver um modelo CAD, com o uso do software SolidWorks do modelo da plataforma de lançamento com o ajuste de ângulos de lançamento. A plataforma de lançamento (Imagem 1) é composta por palitos de picolé colados e seguem uma estrutura treliçada conforme o edital. 

Imagem 1. Modelo CAD da plataforma treliçada de lançamento. Fonte: Própria

A estrutura que regula o ângulo de lançamento será composta por outro material ainda a definir, esta estrutura será feita com uma barra transversal e ajustada com porcas laterais na estrutura de apoio (Imagem 2). Utilizaremos um transferidor para identificação do ângulo de lançamento inicial. Além disso um nivelador será acoplado nessa plataforma, para se tornar possível a garantia de que a mesma permaneça em direção paralela ao solo, tido como eixo horizontal.

Imagem 2. Vista lateral modelo CAD da da plataforma treliçada de lançamento. Fonte: Própria

Modelagem Empuxo

O foguete de garrafa PET desenvolvido pela equipe Propulsar Engenharia, funciona a partir do empuxo provocado pela expansão do ar, comprimido no interior da garrafa, gerando uma força de mesma intensidade e sentido contrário (3ª Lei de Newton) que impulsiona o foguete. Para que o foguete decole é necessário que essa força de empuxo seja maior que o peso total do foguete. Esse empuxo é função do volume de água no interior da garrafa e da pressão de compressão do volume inteiro de ar e pode ser encontra a partir da (Equação 1) (Imagem 1):

Imagem 1. Trecho retirado do relatório de lançamento vertical. Fonte: Própria

Reescrevendo a (Equação 1) temos (Imagem 2):

Imagem 2. Trecho retirado do relatório de lançamento vertical. Fonte: Própria

Para o cálculo da Pressão do líquido ao sair do foguete (Imagem 3)

Imagem 3. Trecho retirado do relatório de lançamento vertical. Fonte: Própria

 O cálculo da velocidade de escape do fluido em relação ao foguete pode ser obtido pela (Equação 3), (Imagem 4):

Imagem 4. Trecho retirado do relatório de lançamento vertical. Fonte: Própria

Onde Pg pode ser obtido conforme (Imagem 5):

Imagem 5. Trecho retirado do relatório de lançamento vertical. Fonte: Própria

A partir da (Equação 2) podemos obter a pressão em cada frame, (Quadro 1).

Quadro 1. Taxa de despressurização do foguete. Fonte: Própria

O empuxo inicial do foguete foi calculado em 531 N e a partir dele temos uma força mínima que a plataforma treliçada deve suportar no momento do lançamento com um ângulo inicial. 

Modelagem ângulo inicial do foguete

O foguete de garrafa PET desenvolvido pela equipe Propulsar Engenharia, funciona a partir do empuxo provocado pela expansão do ar, comprimido no interior da garrafa, gerando uma força de mesma intensidade e sentido contrário (3ª Lei de Newton) que impulsiona o foguete. Para que o foguete decole é necessário que essa força de empuxo seja maior que o peso total do foguete. 

Para os cálculos iniciais das variáveis do lançamento do foguete, foi desconsiderada a resistência do ar. O eixo horizontal foi definido como x e o vertical y (Imagem 1) juntamente com a velocidade inicial   direcionada pelo ângulo .

 Considerando a única força atuante a gravidade, direcionada verticalmente para baixo, com intensidade constante, a componente vetorial da vertical é a única que sofre aceleração, de -g, tornando a velocidade no eixo vertical variável enquanto que na horizontal permanece constante. Devido a essas características as posições no eixo x e y são definidas pelas equações (1) e (2):

Com as equações (2) e (3) é possível utilizar todos os parâmetros estabelecidos no lançamento de alcance vertical, alcance horizontal, velocidade e angulo de lançamento, para determinar os valores que satisfazem o objetivo do projeto.

Alguns passos algébricos foram feitos para encontrar a equação do alcance e altura em função da velocidade inicial do movimento não propulsionado e o ângulo inicial (Imagem 2).

Imagem 2. Equação posição em função do ângulo. Fonte: Própria

Encontramos para a velocidade final de propulsão de 43m/s um ângulo de 83º  conforme esta equação.

Nesta modelagem a resistência do ar foi considerada desprezível, porém isso não quer dizer que ele não tenha sido levado em consideração, pois fizemos a comparação de um movimento com resistência do ar e um sem e a partir disto podemos ter uma aproximação desta interferência no movimento (Imagem 3), podemos analisar uma diferença de 45% no alcance e em 30% na altura, em um lançamento de bolas de beisebol.

Imagem 3. Fonte: (HALLIDAY, 2012)

 Visto isso torna-se relevantes considerar a resistência do ar no lançamento do nosso foguete e em breve colocaremos o novo ângulo encontrado a partir deste ângulo. Aguardem novas postagens

Referências :

http://www1.pucminas.br/imagedb/documento/DOC_DSC_NOME_ARQUI20130926094226.pdf

www.http://www.instructioneducation.info/Mechsub/mech2_5.pdf.info/Mechsub/mech2_5.pdf

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de física, volume 2: gravitação, ondas e termodinâmica. 9ª ed, Rio de Janeiro: LTC, 2012.

Novos lançamentos verticais

Uma série de lançamentos verticais foram realizados nesta quarta feira 02/11 com o intuito de obter ainda mais dados com diferentes pressões e volume de água. Abaixo segue os vídeos de lançamento vertical do foguete.

Alguns dados foram obtidos a partir destes videos com o uso do software Tracker, e esses dados são apresentados através dos seguintes gráficos.

Gráfico 1. Lançamento Vertical 1

Gráfico 2. Lançamento Vertical 2

Gráfico 3. Lançamento Vertical 3

Gráfico 4. Lançamento Vertical 4

A partir dos dados obtidos poderemos modelar o nosso lançamento a fim de atingir o alvo com a menor trajetória possível, visto que quanto menor a trajetória do foguete menor as interferências externas e mais preciso será o seu movimento.

Testes de tração e flexão

No dia 28/10/2016, desenvolvemos ensaios de tração e flexão no Laboratório de Ensaios Mecânicos da Faculdade SENAI-CIMATEC, dos palitos de picolé de madeira, seguindo a norma da ABNT, NBR 7190. Este ensaio foi realizado afim de obter com exatidão a forças máximas suportadas por um palito e a partir disso contabilizar quantos destes serão necessários para compor as treliças que irão suportar a carga vinda do peso do foguete, do sistema de propulsão e do empuxo provocado no momento de propulsão do foguete. O palito de madeira de picolé foi escolhido a partir de pesquisas de projetos feitos com este tipo de material assim como sua facilidade em ser adquirido e manuseado. 

Diferentes tipos de corpos de prova foram confeccionados utilizando cola e palitos de picolé de madeira (Figura 1) para realizar os testes (Figura 2/3).

Figura 3. Estrutura treliçada (1 palito)
Fonte: Própria

Figura 2. Estruturas treliçadas
Superior (2 palitos), Inferior (3 palitos)
Fonte: Própria

Figura 1. Palitos de madeira
Fonte: Própria

No ensaio de tração submetemos aos testes: 2 e 3 palitos colados (Figura 4/5). Para ensaios de flexão as estruturas treliçadas foram montadas utilizando: 1, 2 e 3 palitos colados (Figura 6).

Figura 5. Ensaio de Tração (3 palitos colados)
Fonte: Própria

Figura 4. Ensaio de Tração (2 palitos colados)
Fonte: Própria

Figura 6. Flexão sob treliça
(3 Palitos)
Fonte: Própria

Com os relatórios obtidos, podemos encontrar os valores relacionados a tensão máxima, tensão de escoamento, módulo de elasticidade e força máxima. porcentagem de deformação na ruptura, a força máxima de flexão e o módulo de elasticidade (Figura 7/8/9/10) .

Figura 7. Teste de flexão sobre estrutura treliçada de palitos de picolé
CP1 (1 Palito), CP2 (2 Palitos com cola PVA)
Fonte: Própria

Figura 8. Teste de flexão estrutura treliçada de palitos de picolé
CP1 (2 Palitos com cola Tenaz), CP2 (3 Palitos com cola Tenaz)
Fonte: Própria

Figura 9. Teste de flexão palito de churrasco
Fonte : Própria

Figura 10. Teste de tração palitos de picolé
CP1 (2 palitos colados com Tenaz), CP2 (3 palitos colados com Tenaz)
Fonte: Própria

Analisando os relatórios a equipe Propulsar Engenharia poderá definir o material que atende aos requisitos solicitados do nosso projeto.

1º Teste vertical do Foguete

O lançamento vertical é uma etapa importante para determinar a velocidade média inicial do foguete e a partir disto podemos obter outros parâmetros como aceleração, empuxo e a força exercida sobre a a plataforma no momento de lançamento. Os modelos matemáticos para essas parâmetros serão discutidos em uma outra postagem. Nesta iremos demonstrar o 1º vídeo de lançamento vertical, a tabela e gráfico do deslocamento do foguete.

Veja abaixo algumas imagens do dia em que foi realizado nosso primeiro lançamento (Figura 1/2).

Figura 1. Membros da Propulsar
Engenharia no 1º teste de lançamento
Fonte : Própria

Figura 2. Membros da Propulsar
 Engenharia acoplando o foguete na
base de lançamento vertical
Fonte: Própria

Confira o vídeo do nosso primeiro lançamento abaixo:

Tabela e gráfico de deslocamento:

Tabela  de descolamento do foguete
Fonte: Própria

Gráfico de espaço e tempo
Fonte: Própria

Base de lançamento vertical

Nesta postagem iremos demonstrar como foi feita a nossa primeira base para lançamento vertical do foguete. Através deste tipo de lançamento, importantes dados serão analisados posteriormente.

Como já vimos a postagem de seleção de materiais iremos pular esta etapa e ir direto para o processo de fabricação.

O primeiro passo para a fabricação é realizar o corte dos tubos de PVC e posteriormente a lixação das pontas. A fixação dos tubos foram feitas com cola.
As conexões "T", "joelho" e os tubos de 25mm foram fixados de modo a formar a base quadrada que pode ser observa na (Figura 1/2).

Figura 2. Integrantes da equipe
plataforma fabricando a base de lançamento.
Fonte: Própria

Figura 1. Base quadrada.
Fonte: Própria

Um cano central com uma válvula de escape e válvula de pneu bicicleta foi acoplado a base e vedado com um pouco de Durepox (Figura 3).

Figura 3. Base com eixo central com
válvula de emergência e válvula de pneu de bicicleta.
Fonte: Própria

Um pequeno orifício é feito abaixo da válvula para despressurização em caso de emergência. (Figura 4).

Figura 4. Orifício de escape de emergência.
Fonte: Própria

Um redutor é colocado neste cano central para diminuir o diâmetro do tubo que entrará no foguete.

(Figura 5).

Figura 5. Redutor de tubo
 de PVC (25mm para 20 mm).
Fonte: Própria

Feito isso, precisamos agora montar o sistema de engaste do foguete e ajustar a vedação entre o foguete e o cano de 20 mm. Para a vedação utilizamos um pedaço de bexiga de aniversário e fita veda rosca (Figura 6).

Figura 6. Vedação entre a garrafa
 e tubo de PVC 20mm.
Fonte: Própria

Alinhamos os lacres de nylon de modo que fique posicionado logo após o anel superior que tem em toda garrafa PET. Fizemos a fixação dos lacres com uma braçadeira metálica e passamos um tubo de PVC de 40 mm que pressionará os lacres de modo que a garrafa fique presa pelo anel e só é liberada quando este tubo for manualmente descolado para baixo através de um barbante (Figura 7).

Figura 7. Sistema de
engaste do foguete.
Fonte: Própria

Após concluirmos a fabricação da primeira base (Figura 8) temos condições de fazer os testes de lançamento vertical.

Figura 8. Base de lançamento vertical

Aguardem postagens sobre o primeiro lançamento vertical do foguete.

1ª Versão do Foguete

Olá Leitores! Nesta postagem irei demonstrar para vocês como foi feita a construção do nosso primeiro foguete. Se você acompanha o nosso blog na última postagem foi relatado os materiais utilizados para a construção do nosso foguete então iremos direto para as etapas de fabricação.

A primeira etapa para se construir o foguete, após ter lavado e tirado os rótulos, consistiu em cortar a parte superior de uma das garrafas que compõe a frente do foguete (Figura 1).

Figura 1. Corte da parte superior da garrafa PET
Fonte: Própria

Utilizamos um pouco de cimento composto não estrutural para colocar um pouco de massa na parte frontal, afim de aproximar o centro de massa desta, tornando o movimento orientado (Figura 2).

Figura 2. Adição de cimento composto não estrutural ao "bico" do foguete
Fonte: Própria

Fixamos então esta parte frontal do foguete, com fita adesiva, na parte inferior da outra garrafa que não foi cortada (Figura 3).

Figura 3. Corpo do foguete
Fonte: Própria

Feito isso, está na hora de fabricar nossas aletas, o material utilizado nesta etapa foi papelão (Figuras 4/5). 

Figura 5. Aleta cortada
Fonte : Própria

Figura 4. Desenho da  aleta no papelão

Após fixar as aletas com fita adesiva na parte inferior do foguete, ele está pronto para os primeiros testes (Figura 6).

Figura 6. 1ª Versão do foguete
Fonte : Própria

Aguardem novas postagens sobre o processo de fabricação da nossa base de lançamento vertical.