Análisis de la dinámica de separación exoatmosferica y parámetros influyentes en vehículos espaciales multietapa - Ringegni, Pablo Lorenzo (2017)
El presente documento se enfoca en el análisis de la dinámica de los parámetros influyentes en separación exoatmosferica de vehículos lanzadores espaciales multietapa, para una configuración del sistema de separación establecida, con el objeto de asegurar que esta no comprometa el éxito de la misión del lanzador. Idealmente al producirse la separación de etapas de un vehículo lanzador, esta tendría una dirección perfectamente longitudinal a lo largo de su eje sin ningún cambio de giro debido a que las fuerzas de separación serian solo en este sentido. Sin embargo en la realidad al existir fuerzas externas al lanzador, variaciones de los parámetros de inercia o desalineaciones propias del sistema de separación, entre otros, sobre las etapas se imprimen diferentes momentos que generan aceleraciones angulares, produciendo como consecuencia el giro relativo entre estas. Ante esta situación es que se identifican los distintos parámetros que intervienen en el evento y se asumen posibles rangos de variaciones, para luego realizar simulaciones e identificar el comportamiento de cada parámetro y poder establecer las condiciones del caso más adverso. Por otra parte se determinan las velocidades y aceleraciones angulares que se generan durante el evento de la separación y que tendrán que ser tenidas en cuenta por el sistema de control del vehículo. Se trabaja con las ecuaciones cardinales de la dinámica para cada etapa del vehículo, considerándolas como cuerpos rígidos, cada una con seis grados de libertad y sin presencia de fuerzas aerodinámicas. Se desarrollan las mencionadas ecuaciones y se obtiene un sistema de ecuaciones diferenciales donde se despejan las variables que se consideran más relevantes para el estudio y se integran con el método numérico de Runke Kutta de 4to y 5to orden. Se obtienen los parámetros más influyentes del vehículo en el evento de separación, para el caso más crítico, es decir, cuando la combinación de estos generan los efectos menos convenientes sobre la dinámica de separación de las etapas del lanzador. Se obtiene la evaluación de la posibilidad de choque entre las etapas y la distancia final entre la tobera de la segunda etapa y la primera etapa. Finalmente se realiza la comparación, para una configuración determinada del vehículo, entre el caso nominal y el caso con la combinación de las máximas variaciones posibles de los parámetros críticos considerados.