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La tecnología de los conectores de Harwin ayuda a los estudiantes que diseñan cohetes a alcanzar nuevas cotas

Uno de los aspectos cada vez más importantes de la educación universitaria actual es el desarrollo de habilidades para solucionar problemas y experimentar de forma directa cómo funciona la dinámica de equipo. Esto hace que los estudiantes estén mucho mejor formados para el entorno de trabajo tras graduarse. Las competiciones de proyectos de ingeniería están demostrando ser una manera muy efectiva de conseguirlo y en algunas de dichas competiciones los estudiantes que participan miran a las estrellas. Waterloo Rocketry es un equipo muy exitoso formado por diseñadores de cohetes, todos ellos estudiantes de la Universidad de Waterloo (Ontario, Canadá) que se esfuerzan por llevar más allá el rendimiento. Gracias a la aplicación de varias disciplinas (desde la mecatrónica y la ingeniería mecánica hasta la ingeniería eléctrica y electrónica, la química, la nanotecnología y la computación), el equipo ha competido en la Spaceport America (SA) Cup durante la pasada década. En esta competición anual (que se celebra en el desierto del sur de Nuevo México), los equipos académicos desarrollan, construyen, lanzan y posteriormente recuperan cohetes muy avanzados. Hay más de 100 equipos participantes de muchos países y a lo largo de los años han surgido rivalidades acérrimas.

Waterloo Rocketry ha logrado un impresionante historial de éxitos y en los últimos años ha obtenido varios premios en la SA Cup. En 2017, su cohete VIDAR III fue el primero dentro de la categoría híbrida de 10.000 pies (en la cual los cohetes tienen una fuente de combustible sólido y un oxidante líquido) y también recibió el codiciado premio a la excelencia técnica. Su cohete UXO les ayudó a conservar el título de la categoría híbrida de 10.000 pies al año siguiente, cuando alcanzó una altitud de 13.000 pies. El evento de este año se acerca (tiene lugar en junio) y están en marcha los últimos preparativos para el proyecto más reciente del equipo, uno más ambicioso que ningún otro que haya intentado con anterioridad. El objetivo es que el nuevo cohete alcance una impresionante altitud de 30.000 pies (casi el triple de lo conseguido por los cohetes anteriores y próxima a la altitud de vuelo de un avión comercial). Para que el cohete híbrido de 5,2 m de altura pueda alcanzar tal altitud, el equipo de 30 personas tuvo que replantearse por completo cada aspecto el diseño que habían empleado en sus cohetes hasta ahora. Para alcanzar una altitud tan elevada es preciso mejorar considerablemente la estructura, la carga, la propulsión y la aerodinámica.

Se necesita más espacio para el oxidante y para almacenar el combustible, así como para el paracaídas (que es mucho más grande que el año pasado para asegurar la recuperación segura desde una altitud tan elevada). Todos los componentes que forman el cohete deben ser muy compactos para ahorrar espacio. También deben ser lo más ligeros que sea posible para proporcionar la máxima autonomía al cohete con sus limitadas reservas de combustible. Al mismo tiempo, debe ofrecer altos niveles de robustez para que pueda soportar los esfuerzos a los que está sometido el cohete. Está previsto que el motor del cohete entregue una potencia mucho mayor (alrededor del 50% más que el anterior) y el momento en el que el motor está encendido también ha aumentado notablemente (hasta 25 s aproximadamente) con un intervalo más largo a la máxima intensidad.

En este proyecto, el equipo deseaba interconectar todos los sistemas eléctricos del cohete encargados de propulsarlo, así como supervisar los principales parámetros durante el vuelo. Para ello necesitarían disponer de conectores los suficientemente resistentes como para sobrevivir a la aceleración del lanzamiento, así como de montaje rápido y sencillo con un mínimo número de herramientas (dado que la mayor parte del montaje se realiza a mano en el desierto justo antes del lanzamiento). Las limitaciones de espacio hacen que abandonen las grandes regletas con paso de 5 mm utilizadas en los cohetes anteriores ya que serían demasiado voluminosas para este nuevo diseño. Tras estudiar diferentes opciones a través de la web de distribución que conocen, los ingenieros eléctricos del equipo pudieron tomar una decisión sobre la mejor solución. El candidato que destacó por encima de todos fue la serie Datamate JTek con paso de 2 mm de Harwin gracias a la capacidad de estos conectores de transportar alimentación y datos, así como su idoneidad para resistir fuerzas de vibración de 10G durante 6 horas y temperaturas extremas de -55°C a +125°C.

Los contactos que incorporan estos conectores, fabricados con una aleación de cobre-berilio, se basa en un diseño propietario de 4 terminales en una sola pieza, pueden resistir la exposición a fuertes choques. Cada contacto también tiene la capacidad de transportar hasta 3,3A (3A si todos los contactos se cargan simultáneamente) y las nuevas versiones T-Contact ya disponibles pueden llegar hasta 8,5A. En total se han incorporado siete unidades de Datamate J-Tek directamente al diseño del cohete para unir seis subsistemas eléctricos a bordo. Se trata del subsistema de comunicación de radio, el conjunto de sensores, el hardware de registro de datos (para diagnóstico), un receptor GPS (que ayuda a recuperar el cohete) y los dos subsistemas de control de las válvulas. “Como intentamos alcanzar una altitud mucho mayor, nos hemos visto obligados a pensar en un diseño básico mucho más reducido.

Todos los componentes deben adaptarse a las limitaciones volumétricas a las que nos enfrentamos sin añadir un peso significativo al total ya que ello reduciría el alcance”, explica Aaron Morrison, Codirector del Proyecto de Waterloo Rocketry. “Por encima de esto, también debe ser suficientemente robusto para resistir la vibración y la aceleración del lanzamiento”. “Solo disponemos de una oportunidad de lanzamiento al año y las innumerables horas de trabajo que hemos dedicado al proyecto se habrían malgastado si fallara un componente. Los conectores Datamate J-Tek de Harwin son pequeños, ligeros y resistentes, por lo que cumplen todos nuestros criterios. Esto nos permitirá lograr la altitud que deseamos y asegurar que existe el riesgo de que se produzca un fallo de funcionamiento”, continúa. “Además, en cumplimiento de la normativa de la competición, los cierres atornillados de estos conectores suponen otra característica fundamental”.

La edición 2019 de la SA Cup tendrá lugar entre el 18 y el 22 de junio, por lo que el equipo está finalizando sus ensayos y realizando los ajustes de última hora. Puede expresar su apoyo al equipo y seguir sus progresos a través de Facebook. También hay vídeos de pruebas con el motor del cohete que se pueden ver en YouTube.



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