Delft Aerospace Rocket Engineering - Delft Aerospace Rocket Engineering

Delft Aerospace Rocket Engineering
DARE
Student Tým / Nezisková organizace
PrůmyslLetectví a kosmonautika
Založený2001
Hlavní sídlo
Delft, Holandsko
51 ° 59'58,5 "N 4 ° 22'35 ″ východní délky / 51,999583 ° N 4,37639 ° E / 51.999583; 4.37639Souřadnice: 51 ° 59'58,5 "N 4 ° 22'35 ″ východní délky / 51,999583 ° N 4,37639 ° E / 51.999583; 4.37639
Klíčoví lidé
19. rada společnosti
produkty
  • Stratos IV
  • Éter
  • CanSat Launcher V7
  • Project Sparrow
SlužbySuborbitální start rakety, Výzkum a vývoj
ČlenovéOdhad 190+ (2020)
webová stránkaodvážit se.tudelft.nl
Poznámky pod čarou / odkazy
[1][2]

Delft Aerospace Rocket Engineering je studentem řízená společnost uvnitř Technologická univerzita v Delftu, s více než 190 členy. Hlavním zaměřením studentské skupiny je vývoj raketové technologie na neziskovém základě. Veškerý vývoj, od motorů po elektroniku, je prováděn interně. Ačkoli se v DARE koná několik projektů, dvěma vlajkovými projekty skupiny jsou Stratos a Project Sparrow. Stratos zahrnuje raketu Stratos I, která byla vypuštěna v roce 2009 a stanovila evropský výškový rekord amatérské raketové techniky na 12,5 km.[3][4] V návaznosti na tuto raketu byl Stratos II +, který byl vypuštěn 16. října 2015 a dosáhl výšky 21,5 km a překonal evropský výškový rekord.[5] V létě roku 2018 byl spuštěn Stratos III, který se rozpadl 20 sekund po startu. Jeho nástupce Stratos IV je v současné době ve vývoji. Project Sparrow je nejnovější projekt, který pracuje na raketovém motoru na kapalná paliva, který bude navržen tak, aby překročil hranici kármán. Přestože společnost DARE spolupracuje s armádou na bezpečném provádění startovacích kampaní, technologie společnosti DARE je přísně nevojenská. Přibližně 70 procent členů pochází z Fakulty leteckého inženýrství Technologická univerzita v Delftu, přičemž zbývajících 30% pochází z jiných fakult, včetně strojírenství, elektrotechniky, aplikované fyziky a průmyslového designu. DARE má také velmi vysoký počet zahraničních studentů, přičemž přibližně polovina studentů pochází ze zemí mimo Nizozemsko.

Dějiny

Společnost DARE byla založena v roce 2001 šesti studenty jako výbor studijního sdružení VSV Leonardo da Vinci z Fakulty leteckého inženýrství na TU Delft. Počet členů se v roce 2020 zvýšil na více než 190. DARE je jedním z univerzitních Dreamteams, ke kterému také Nuna, Forze a DUT Racing počet. V průběhu let společnost DARE vyvinula odborné znalosti ve všech třech hlavních technologiích raketového pohonu (pevné, kapalné a hybridní), přičemž každý rok vyšlo několik konferenčních příspěvků. V roce 2009 byl zahájen start Stratosu I společnosti DARE, který stanovil evropský výškový rekord 12,5 km pro studentské rakety. Poté byl zahájen vývoj hybridních raketových motorů, což vedlo k 8 kN DHX-200 Aurora. Tento motor poháněl Stratos II, který po neúspěšné startovací kampani v roce 2014 překonal evropský výškový rekord v raketové technice studentů v roce 2015.

Spouští se

DARE obvykle každoročně provádí dva až čtyři odpalovací dny pro rakety malého rozsahu, které stoupají až do maximální výšky dvou kilometrů. Tyto starty se konají na vojenském místě poblíž 't Harde na severu Nizozemska. Chcete-li jít do vyšších nadmořských výšek, DARE se občas účastní zahajovacích kampaní jinde v Evropě.

Zařízení

Práce DARE se odehrává na dvou místech v TU Delft kampus. První je dílna zaměřená na výrobu (tzv LaikaLab) v Dream Dellu TU Delft. Zde dochází k hlavním částem výroby raket. Druhý workshop je kancelářským prostorem pro schůzky, teoretický design a vývoj elektroniky. Toto zařízení (tzv KorolevLab) se nachází na fakultě EWI univerzity a je provozován ve spolupráci s Robotickým institutem TU Delft.[6]

Projekty

DARE má řadu týmů pracujících na specifických oblastech raketové technologie, logistiky, propagace a získávání sponzorů.

Pevný pohon

Většina raket DARE běží dál motory na tuhá paliva, které jsou vyvíjeny a vytvářeny týmem Solid Six a Radou pro bezpečnost. Jako hnací látky se používá buď směs sorbitolu a dusičnanu draselného, ​​známá jako raketový bonbón nebo směs dusičnanu amonného a hliníku s názvem Alan-7. Stupnice vyvinutých motorů se pohybuje od 300 N do 7000 N.

Testování hybridního raketového motoru "Phoenix" společností DARE

Hybridní pohon

Po uvedení Stratosu I na trh Hybridní raketové motory začalo v rámci DARE. Po rozsáhlém teoretickém výzkumu bylo zahájeno testování v malém měřítku (v rozmezí od 500 do 1100 N), aby se získaly zkušenosti se systémem a zvolila optimální konfigurace motoru. Vybraným palivem byla směs sorbitolu, parafinu a hliníku v kombinaci s oxidem dusným jako oxidačním činidlem. Tato práce vyústila v několik publikací v několika různých časopisech, včetně časopisu Americký institut pro letectví a astronautiku.[7] K napájení se používají zmenšené verze tohoto motoru Stratos II + a III, stěžejní projekty DARE.

Tekutý pohon

Zatímco v současné době jsou všechny velké motory vyvinuté společností DARE hybridní motory na bázi oxidu dusného, ​​logistika a výroba zabraňují dalšímu zvětšování tohoto typu motoru. Z tohoto důvodu vývoj LOX - Ethanol Raketové motory na kapalná paliva je řešen v rámci DARE. Minulý vývoj kapalných motorů selhal z různých důvodů, ale především kvůli mechanické složitosti tohoto typu pohonu. Pododdělení DARE Cryogenic Engine Development si klade za cíl vyrobit motor o velikosti 2 až 3 kN, aby získal znalosti potřebné pro to, aby společnost využila tuto technologii. Budoucí plán pro tento motor bude potenciálně pohánět budoucí mise Stratos.

Pokročilý kontrolní tým

Všechny rakety DARE jsou pasivně stabilizovány ploutev velikost a umístění vyvážené tak, že se raketa promění ve vítr, jakmile vyčistí věž. V důsledku toho může střední až vysoký boční vítr vážně omezit nadmořskou výšku, které může raketa dosáhnout. Pokročilý kontrolní tým vyvíjí technologii, která raketu během stoupání aktivně stabilizuje.

Elektronika

Všechno PCB Software a software jsou vyráběny na zakázku a vyvíjeny interně v rámci DARE. Používají se k nasazení padáků, ovládání motorů a přenosu rádiových dat během a po startu.

SRP (Small Rocket Project)

Projekt Malé rakety (hovorově známý jako Soutěž míchaných vajec) je program společnosti DARE, jehož cílem je seznámit členy prvního ročníku a další studenty se základními principy praktické raketové techniky. Cílem projektu je vystřelit raketu do výšky 1 km s nevařeným vejcem na palubě a vrátit toto vejce neporušené. Aby studentům pomohl dosáhnout tohoto cíle, projekt začíná několika přednáškami vysvětlujícími základy raketové techniky, stabilitu rakety a konstrukci padáků. Tyto přednášky pořádají starší členové DARE, kteří jsou rovněž mentory, kteří skupinám během projektu poskytují poradenství a vedení. Skupiny jsou do značné míry svobodné ve svých návrzích, i když každá raketa musí projít závěrečnou bezpečnostní kontrolou a pevné raketové motory pro rakety poskytuje DARE. Projekt končí dnem zahájení vojenské testovací řady, kde je každý design podroben zkoušce.

Testování padákového padáku společností DARE v Open Jet Facility společnosti TU Delft

Cansat

DARE se také aktivně podílí na poskytování spouštěcí služby pro Nizozemce CanSat projekt.[8] DARE zejména vyvíjí, vyrábí, testuje a uvádí na trh odpalovací zařízení CanSat (CSL). V průběhu let prošel tento launcher několika vývojovými iteracemi, vyvažujícími spolehlivost, vyrobitelnost a kapacitu užitečného zatížení. Současná verze CSL verze 7 se skládá z celohliníkového rámu a je poháněna raketovým motorem na tuhé palivo a dokáže zvednout asi pět až šest CanSats do nadmořské výšky jednoho kilometru. CSL V7 byl nedávno použit jako létající testovací postel pro testování nových technologií vyvinutých společností DARE.

Éter

V roce 2015 byl zahájen projekt Aether. Zaměřuje se na demonstraci několika nových technologií vyvinutých v rámci DARE, které lze později implementovat do větších projektů. To zahrnuje:

  • Aktivní kachna stabilizace vhodná pro transonický let
  • Plný motor 7 kN
  • Pokročilý balistický padák mechanismus nasazení, jak bylo zjištěno požadovaným při zahájení kampaně Stratos II +

Bezpečnostní deska

Bezpečnostní rada aktivně nevyvíjí rakety, ale skládá se ze zkušených členů DARE, kteří se mohou připojit k bezpečnostní radě po minimálně ročním školení.[9] Bezpečnostní rada dohlíží na testování prováděné v DARE, kontroluje rakety před startem a je odpovědná za všechny bezpečnostní prvky práce DARE. Rada pro bezpečnost může zrušit jakékoli rozhodnutí týkající se bezpečnosti.

Project Sparrow

Project Sparrow je nejnovější iniciativou společnosti DARE, směřující k vybudování první kapalinou poháněné společnosti, vektorování tahu raketový motor, který se bude jmenovat Firebolt. Poskytuje požadovaný výkon a řízení pomocí motoru LOX - ethanol s cílem vybudovat rakety, které překračují hranici 100 km Kármánova linie. Tento motor bude nástupcem hybridního Nimbusu používaného v raketě DARE Stratos IV, který pohání novou generaci vysoce výkonných raket DARE, a bude prvním krokem k vyslání první studentem navržené rakety na oběžnou dráhu kolem Země.

Project Sparrow nakonec vyvine motor připravený k letu, který by mohl DARE integrovat do a znějící raketa; znějící raketa bude také testovacím lože pro ověřování dynamiky raket s motorem vektorujícím tah. Raketa nakonec bude zahrnovat pracovní a obnovovací systémy.

Stratos

Stratos I.

Stratos Nastavil jsem rekord v nejvyšší nadmořské výšce dosažené studentskou raketou, na 12,5 km.[10] To bylo vypuštěno z Esrange ve Švédsku v roce 2009. Bylo to dvoustupňové pevná raketa, poháněno posilovači vyvinutými a vyrobenými v rámci DARE. Po úspěšném výstupu se padáky nepodařilo nasadit a obě etapy havarovaly. Dosaženou nadmořskou výšku a místo nehody bylo možné shromáždit ze zařízení odpalovacího dosahu, což umožnilo získat druhou fázi po startu. První fáze byla náhodně nalezena zpět o 8 let později, během rutinní kontroly místa startu.

Stratos II / II +

Stratos II +
Stratos II + na apogee.jpg
Obrázek pořízený Stratos II + na jeho apogee.
FunkceZnějící raketa
VýrobceDARE
Země původuHolandsko
Velikost
Výška6,9 m (23 stop)
Průměr20 cm (7,9 palce)
Hmotnost185 kg (408 lb)
Fáze1
Historie spuštění
Spouštějte webyEl Arenosillo
Posilovače - DHX-200 Aurora
Tah11 kN (špička)
Specifický impuls205 s
Doba hoření23
PalivoSorbitol, Parafín, Hliník / Oxid dusičitý

Raketa Stratos II + byla největším počinem společnosti DARE a původně měla dosáhnout 50 km. Po konstrukčních změnách a aktualizovaných simulacích však bylo nepravděpodobné, že by této výšky bylo možné dosáhnout. Stratos II + byl úspěšně spuštěn 16. října 2015 od El Arenosillo z Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial, v blízkosti města Sevilla v Španělsko. Dosáhl výšky 21,5 km, čímž překonal dosavadní rekord studentské raketové techniky.[11] Raketa byla původně známá jako Stratos II, ale nepodařilo se ji vypustit v říjnu 2014. Byly provedeny konstrukční vylepšení, po kterých byla raketa pojmenována Stratos II +.

Stratos II + byl poháněn jednostupňovým hybridním motorem DHX-200 Aurora, který má špičkový výkon 11 kN. Motor má celkový impuls 180 kNs a hoří přibližně 23 sekund.[12] Poté je motor přerušen a raketa pokračovala na pobřeží až do svého vrcholu. Stratos II + nesl na palubě několik vědeckých užitečných dat, aby provedl měření ve vyšší atmosféře. Mezi nimi je experiment na radioastronomie z Radboud University Nijmegen,[13] kamerový systém s video odkazem od společnosti DelftDynamics[14][15] a a Geigerův počítač z Maďarská akademie věd „Centrum pro energetický výzkum.

Přehled pokusů o spuštění Stratos II a II + je uveden v následující tabulce.

PokusPlánovánoVýsledekOtočit seDůvodRozhodovací bodPočasí (%)Poznámky
11. října 2014, 11:00:00 hodvydrhnout—Počasí
22. října 2014, 18:15:00vydrhnout1 den, 7 hodin, 15 minutSelhání systému ukončení letu (T-1: 20)
33. října 2014, 15:15:00vydrhnout0 dní, 21 hodin, 0 minutHlavní oxidační ventil se zasekl jako vedlejší účinek úniku N2O z plnicího systému (T-0: 01)
415. října 2015, 16:00:00vydrhnout377 dní, 0 hodin, 45 minutVentil zapalovače se neotevřel, což způsobilo selhání zapalování100
516. října 2015, 16:33:00 hodúspěch1 den, 0 hodin, 33 minut-100Apogee nadmořská výška 21,5 km

Stratos III

Stratos III
Stratosiii dare.jpg
Stratos III těsně před startem.
FunkceZnějící raketa
VýrobceDARE
Země původuHolandsko
Velikost
Výška8,2 m (27 stop)
Průměr28 cm (11 palců)
Hmotnost330 kg (730 lb)
Fáze1
Historie spuštění
Spouštějte webyEl Arenosillo
Posilovače - DHX-400 Nimbus
Tah25 kN (vrchol)
Specifický impuls179 s
PalivoSorbitol, Parafín, Hliník / Oxid dusičitý

Stratos III je postradatelný znějící raketa vyvinutý studentským raketovým týmem Delft Aerospace Rocket Engineering TU Delft. Projekt byl zahájen v roce 2016 jako nástupce mise Stratos II + s cílem získat zpět evropský výškový rekord pro raketovou techniku ​​studentů, kterou v současné době vlastní německý tým HyEnD.

Raketa Stratos III je vysoká 8,2 ma je poháněna DHX-400 Nimbus, impulsním hybridním raketovým motorem o 360 kNs.[16] DHX-400 Nimbus využívá oxid dusičitý jako jeho okysličovadlo a směs parafín, sorbitol a hliník prášek pro palivo. Oxidační nádrž je vyrobena z uhlíkové vlákno s hliníkovou vložkou a je schopen skladovat 174 kg oxidu dusného při tlaku 60 bar. DHX-400 je nejsilnější amatérský hybridní motor na světě se špičkovým tahem 25 kN.[17]

Raketa nese vědecké užitečné zatížení z NLR, což je prototyp IMU pro navrhovaný budoucí evropský odpalovač SMILE.[18] Stratos III má navíc celý downlinkový přímý přenos o 360 stupňů.

V apogee nosní kužel s užitečným zatížením se odděluje od nádrže okysličovadla a pohonného systému. Poté zařízení pro nasazení padáku otevře padák a hlavní padák, aby bylo zajištěno bezpečné přistání 13 m / s Atlantický oceán. Poté se nosní houba izoluje lodí. Stratos III je vypuštěn z El Arenosillo, podobně jako Stratos II +. Spouštěcí okno se otevírá 16. července 2018 a zavírá se 27. července 2018. Přehled pokusů o spuštění je uveden v tabulce níže.

PokusPlánovánoVýsledekOtočit seDůvodRozhodovací bodPočasí (%)Poznámky
124. července 2018, 21:00:00zrušeno—vítr příliš silný (T-2: 50)25
226. července 2018, 3:30:00selhání1 den, 6 hodin, 30 minutztráta vozidla 20 sekund do letu (T + 0:20)100

Druhý pokus o spuštění byl původně naplánován na 25. července ve 23:00 SELČ. U 100% počasí GO však došlo k významnému zpoždění při natlakování nádrže na oxid dusný. To vedlo ke zpoždění startu do 26. července 3:30. Po úspěšném startu došlo 20 sekund do letu k anomálii, což mělo za následek ztrátu vozidla.[19]

Stratos IV

Stratos IV
Stratos IV na corvette.jpg
Raketa Stratos IV je zapnutá Corvette C7 auto během akce odhalení.
FunkceZnějící raketa
VýrobceDARE
Země původuHolandsko
Velikost
Výška8,3 m (27 stop)
Průměr28 cm (11 palců)
Hmotnost320 kg (710 lb)
Fáze1
Posilovače - DHX-400 Nimbus
Tah26 kN (špička)
Specifický impuls179 s
PalivoSorbitol, Parafín, Hliník / Oxid dusičitý

Po rozpadu Stratosu III za letu bylo zahájeno vyšetřování, které mělo zjistit příčinu zániku vozidel. Tým, který stojí za vyšetřováním, sestával z členů týmu Stratos III a nově vytvořeného týmu Stratos IV. Hlavním zdrojem informací byla telemetrie streamovaná zpět z vozidla během jeho 20 sekund letu (poskytující data ze dvou IMU palubní i přijímač GPS a tlakové senzory), jakož i pozemní měření prováděná pomocí radaru a Dopplera. Tyto zdroje umožnily týmu sestavit obraz cesty, kterou Stratos III sledoval během svého letu. Z těchto údajů byl vyvozen závěr, že vozidlo prošlo fenoménem známým jako spojka s naklápěním, nebo setrvačná spojka. K tomu dochází, když rychlost otáčení vozidla odpovídá přirozené frekvenci rozteče vozidla. To způsobí, že se vozidlo bude pohybovat spíše kuželovitě než lineárně, a když se tyto dvě frekvence spojí, vozidlo se stane nestabilním a odkloní se od své letové dráhy, což způsobí jeho rozpad.

Když byl brán v úvahu cíl Stratosu IV, měla velký vliv kombinace výkonu motoru a hmotnosti vozidla Stratos III. Tato kombinace poskytla simulované apogee blížící se 100 km neboli Karmanova linie. Protože dosažení této výšky je dlouhodobým cílem projektu Stratos, bylo rozhodnuto iterovat podle návrhu Stratos III. Projekt Stratos IV se tedy zaměřuje na minimalizaci hmotnosti vozidla při zachování pevné geometrie vnitřní geometrie motoru, jejíž vývoj trvalo tři roky. Design Stratos IV byl představen 12. února 2019.[20]

Změny designu ve srovnání se Stratos III jsou:

  • Úspora hmotnosti
    • Kompozitní spalovací komora (o 6 kg lehčí než ekvivalent hliníku)
    • Twaron Nosecone (2 kg lehčí než ekvivalent skleněných vláken)
    • 3D tištěná titanová tryska (o 12 kg lehčí než plně grafitový ekvivalent)
  • Zmírnění vazby typu Roll-Pitch
    • Kónická rozhraní mezi moduly (přísnější než předchozí plochá rozhraní)
    • Shell v motorovém prostoru (tužší než Longon verze se zlepšenou přístupností)
    • Větší ploutve (konzistentnější statické rozpětí během letu)
    • Řídicí modul role pomocí]] Oxid dusný]] Propulzní trysky
  • Varia
    • 5 kamer (čtyři radiální, jedna směřující dolů a druhá dívající se skrz vyprošťovací desku pro zobrazení oddělení nádrže a nasazení padáku)
    • Zařízení pro nasazení horkého plynu (méně komponent, tedy vyšší spolehlivost než ekvivalent studeného plynu)

V současné době se spuštění Stratos IV uskuteční v roce 2021.[21]

externí odkazy

  1. ^ „DARE: About Us“. Delft Aerospace Rocket Engineering. Citováno 17. listopadu 2018.
  2. ^ „Dreamteam Delft Aerospace Rocket Engineering NASA CRS-6 PressKit Site“. Technologická univerzita v Delftu. Citováno 17. listopadu 2018.
  3. ^ „Studenten TU Delft breken record met experimentele raket“. Elsevier (v holandštině). 17. března 2009. Archivovány od originál dne 14. července 2014. Citováno 8. července 2014.
  4. ^ „Projekt Stratos“. Delft Aerospace Rocket Engineering. Archivovány od originál dne 14. července 2014. Citováno 18. června 2014.
  5. ^ „Raket op kaarsvet en koffiezoetjes knalt 21 kilometer omhoog“. NOS. Citováno 4. listopadu 2015.
  6. ^ „Raketclub betrekt nieuw onderkomen“. Technologická univerzita v Delftu. TUDelta. 13. ledna 2014. Citováno 8. července 2014.
  7. ^ "Journal of American Institute of Aeronautics and Astronautics site".
  8. ^ „CanSat Competitie Nederlands“. Citováno 5. července 2014.
  9. ^ „DARE bezpečnostní rada“. Archivovány od originál dne 7. listopadu 2017. Citováno 2. listopadu 2017.
  10. ^ „Stratos I“. Citováno 2. listopadu 2017.
  11. ^ http://dare.tudelft.nl/2015/10/we-broke-the-record/
  12. ^ „Stratos II + technické podrobnosti“.
  13. ^ „Projekt Stratos“.
  14. ^ „DelftDynamics novinky“. Archivovány od originál dne 10. 8. 2014.
  15. ^ „Stratos novinky“.
  16. ^ ODPOLEDNE. van den Berg, F. Barreiro, C.L. Klop, D.A. van Strydonck, S.T. Koehler, vývoj 25kN hybridního raketového motoru pro znějící raketu Stratos III, 69. mezinárodní astronautický kongres (IAC), Brémy, Německo, 1. – 5. Října 2018
  17. ^ „Static fire on Youtube“. Citováno 13. července 2018.
  18. ^ „Gevoelige NLR elektronica voor Stratos III overleeft triltest“. Citováno 14. července 2018.
  19. ^ „Selhání spuštění Stratos III“. Citováno 29. července 2018.
  20. ^ Stratos IV Rocket Design Reveal, Kanál Delft Aerospace Rocket Engineering na YouTube, 13. února 2019.
  21. ^ https://dare.tudelft.nl/stratos/