Docstoc

49er Rocketry Conceptual Design Review

Document Sample
49er Rocketry Conceptual Design Review Powered By Docstoc
					49ER ROCKETRY NASA USLI
PRELIMINARY DESIGN REVIEW
                     2012-2013
Team Roles
• Nathan Muller – Principal Engineer
• Peter Sullivan – Vehicle/Spring System Design
• Mark Sumerlin – Safety Officer
• Gabriela Gunther – Payload Electronics
• Robert Zenos – Payload Electronics
• Josh Moorey – Vehicle Design
• Umar Faraz – Team/Spring Lead
• Michael Denis – Payload Electronics Lead
Agenda
 • Mission
 • Performance Goals
 • Requirements
 • Payload Module
  • Component Selection
  • Electronics Flow Chart
  • Data Flow Chart
 • Launch Vehicle
  •   Construction 
  •   Propulsion
  •   Static Margin
  •   Motor Selection
  •   Recovery
Mission
• NASA USLI Competition
 • For the NASA University Student Launch Initiative project, students must 
   the design, build and test a reusable rocket with a scientific and 
   engineering payload.
• Mission Statement
• Our mission
 • The mission of the 49er USLI team is to design and build a rocket capable 
   of carrying a payload to an altitude of 5,280ft. The payload will eject from 
   the booster at motor burnout using mechanical energy separation.  The 
   immediate separation will allow for maximum transfer of momentum to an 
   aerodynamic dart.  This could be implemented for the design of other 
   boosted darts that need nontraditional separation using a renewable 
   energy source.  The payload experiment will serve as a means of data 
   acquisition for dart boundary conditions as well as a collection method of 
   altitude specific scientific reading.
Performance Goals
• Payload
 • Renewable, Forced Separation
 • Scientific Mission Directorate (SMD) Data 
   Acquisition
 • Strain Behavior of Dart
 • Descent Imaging
• Rocket
 • Altitude 5,280 Feet
 • Stable Flight
 • Safe Recovery
Flight Plan
 Data Acquisition Goals
• Data  Collection
   • Every 5 seconds 
   • Collected onboard and transmitted to ground 
• Imaging
   • 2 pictures during descent
   • 3 pictures after landing
• Collection ceases 10 
   minutes after landing
Payload Module 

Component Selection
• Microcontroller        • Digital Camera
  • Arduino Mega 2560    • Transmitter and 
• Payload Sensors          Receiver
  • Pressure Sensor       • 900MHz X-bees
  • Humidity Sensor      • High-Capacity Lithium 
  • Temperature Sensor     Battery
  • Strain Gauges
Payload Module

Electronics Flow Chart
Payload Verification and Testing
• Future Testing Plans
  • Range Test For X-Bee
    • Must be performed outdoors
  • Data Acquisition Rate Testing
    • All sensors must run through Arduino and transmit data every 5 
      seconds
  • Descent Imaging 
    • Pressure sensor must determine apogee and trigger camera
• Full Scale Launch
  • Fully Operational SMD electronics will fly with the full scale
Launch Vehicle
Carbon Fiber Body   General Dimensions       Mass
• Low weight        • 96 inches total  • 20 lbs total
• High strength        – Dart-55”          – Dart-7 lbs
                       – Booster-43”       – Booster-13 lbs
Launch Vehicle and Dart 

Static Margin
    Calculated Cp: 69 in                    Calculated Cg: 63 in
    Simulated Cp: 70 in                     Simulated Cg: 62 in

    Static Margin- Calculated by taking the distance between the center of 
    pressure and center of gravity and dividing by the body tube diameter
            - A value greater than 1 denotes the design is stable. 

    Simulated Static Margin:   2.7


     Upon half scale launch, adjustments can be made:
           -Semi Span
           -Nose Mass
Dart 

Static Margin
    Calculated Cp: 36 in
    Simulated Cp:   37 in

        Calculated Cg: 29 in
        Simulated Cg: 29 in

   Simulated Static Margin:  2.4

    Both dart and launch
    vehicle/dart flight will be stable.
    • Dart flight will be slightly
      more efficient than the flight
      of launch vehicle and dart.
Motor Selection
 Aero Tech K270W – White Lightning

                                           450

                                           400

                                           350

                                           300

                                           250




                              Thrust (N)
                                           200

                                           150

                                           100

                                           50

                                            0

                                              05
                                              09
                                              28
                                              59
                                              00
                                              23
                                              40
                                              62
                                              37
                                              55
                                              35
                                              00
                                              26
                                              00
                                              01
                                              32
                                              69
                                           0.
                                           0.
                                           0.
                                           0.
                                           1.
                                           1.
                                           1.
                                           1.
                                           2.
                                           2.
                                           3.
                                           4.
                                           5.
                                           6.
                                           7.
                                           8.
                                           8.
                                                 Time (s)



  Thrust to Weight Ratio: 2.81                              2
  Entire Vehicle Cd = .4  Dart Cd = .3
  Velocity at launch guide departure: 47 feet per second
Spring Separation System 
 • Release
    • Nychrome burn of spring 
      retaining 550 paracord
       • Nylon Burns: 110-220°C
       • Nychrome Temperature: 
         1004°C
 • Spring Functionality
    • Spring force breaks shear 
      pins releasing dart.
       • Compression: 0.66 inch
       • Force 79.2 lbs
 • Manufacturing/Materials
Recovery Overview
 Launch Vehicle-Recovery
Separation Method                       Recovery Method
• Fincan/Recovery Bay Separation        • Main Parachute
   • Pyro Charge                           • 50 in Diameter 
      • 1.5 g 4F black powder              • Descent rate of  23 ft/s
   • Main Parachute Deployment at       • Tracking
     booster can apogee                    • Big Red Bee
• Altimeters
   • 2 Featherweight Raven Altimeters
Dart-Recovery
Separation Method                            Recovery Method
• Dart Separation                            • Drogue Parachute
   • Nychrome burn of 550 paracord              • 18in Diameter
      • Altimeters provides 0.1 amps to 5       • descent rate of 47 ft/s
        inch Nychrome wire
                                             • Main Parachute
         • 1004°C wire temp
                                                • 50in Diameter 
• Nose Cone Separation
                                                • descent rate of 17 ft/s
   • Pyro Charge
                                             • Tracking
      • 2.4 g 4F black powder
                                                • Big Red Bee
   • Drogue Parachute at apogee
   • Main Parachute Deployment at 800 ft 
     released with an off-the-shelf cable 
     cutter
• Altimeters
   • 1 Perfectflite Stratologger Altimeter
   • 1 Featherweight Raven Altimeter
Estimated Budget
• Payload                                   • Launch Vehicle
  •   Arduino -65                                 •   Parachutes – 58 
  •   Temperature – 4                             •   Body Tubing – 375 
  •   Humidity - 13                               •   Epoxy – 200
  •   Strain Gauges - 44                          •   Nose Cone – 55
  •   Camera - 42                                 •   Motor Mounts – 24
  •   Pressure – 20                               •   BeeLine Transmitter – 86
                                                  •   Altimeters – 545
  •   X-bee – 150
                                                  •   Motor – 150
  •   SD Sleeve – 15 
                                                  •   Motor Case – 129
  •   Micro SD – 15                               •   Rocket Hardware – 20 
  •   Wiring and Mounting - 30                        • Total - $1925 
      • Total - $380

                 • Travel - $3100
                       • Overall Total - $5425 
Overview
• Total Weight
  • 20lb
• Estimated Total Cost Rocket
  • $2,300


• Feasibility of the rocket based 
  upon preliminary calculations 
  and simulation data shows that 
  the rocket can be constructed 
  within the budgetary 
  requirements and will have a 
  stable flight.
Future Plans
 Launches
 • Sub Scale
   • November 15-16 Ejection Tests
   • December 15-16 Test Flight

 • Full Scale
   • January 2013 Ejection Tests
   • February 17, 2013 – Test Flight

 • Nichrome Wire Burn Tests

 • Motor Ground Test

 • Main Parachute Deployment Tests
References
• NASA USLI 2012-2013 Hanbook - 
  http://www.nasa.gov/pdf/672448main_SLP_2012-
  2013.pdf
• UNCC USLI 2011-2012 PDR - 
  http://coe.uncc.edu/orgs/49erocketry/11-12-
  documentation/
Appendix A - Calculations
          Eletronic Parts             Part Number              Voltage(V)        Current(mA)       Power Consumption(mW)

Temperature                 DS18B20                                    3.6                  1.25                       4.50

Pressure                    BMP085                                     2.5                 0.005                       0.01

Humidity                    DHT11                                      3.6                   2.5                       9.00

Strain Gages (5)            KFG-3-120-C1-11L1M2R                        4                 166.67                     666.67

Arduino                     DEV-11061                                   9                   600                    5,400.00



Micro SD Sleeve             MicroSD card breakout Board                 3                   150                      450.00

Micro SD Card               PNY - L1885A-EF                             0                      0                       0.00



                            TTL Serial JPEG Camera with 
Camera                      NTSC Video                                  5                    75                      375.00

Xbee                        XK9-XCT-0                                  3.6                  265                      954.00

Battery                     Mega Backpack                               9                  2200                   19,800.00


Power Provided to arduino                                                                                          19,800.00

Power Used by arduino                                                                                               5,400.00

Power used by sensors                                                                                               2,459.18

Spare power                                                                                                        11,940.82

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:1
posted:9/11/2013
language:
pages:34