Die Steckverbindertechnologie von Harwin hilft Raketendesign-Studenten dabei, neue Höhen zu erreichen

Einer der immer wichtiger werdenden Aspekte der heutigen College-Ausbildung ist die Entwicklung von Fähigkeiten zur Problemlösung und Erfahrungen aus erster Hand, wie Teamdynamik funktioniert. Das macht die Schüler sind viel besser auf das Arbeitsumfeld nach dem Studium vorbereitet. Ingenieurprojektwettbewerbe erweisen sich als sehr effektives Mittel, um dies zu erreichen, und bei einigen dieser Wettbewerbe blicken die teilnehmenden Studenten zu den Sternen auf. Waterloo Rocketry ist ein äußerst erfolgreiches Team von Raketendesignern, allesamt Studenten der University of Waterloo (Ontario, Kanada), die danach streben, die Leistung weiter voranzutreiben. Mit verschiedenen Disziplinen – von Mechatronik und Maschinenbau über Elektrotechnik und Elektronik, Chemie, Nanotechnologie und Computer – hat das Team in den letzten zehn Jahren am Spaceport America (SA) Cup teilgenommen. Bei diesem jährlichen Wettbewerb (der in der Wüste im Süden von New Mexico stattfindet) entwickeln, bauen, starten und bergen akademische Teams hochentwickelte Raketen. Es gibt mehr als 100 teilnehmende Teams aus vielen Ländern und im Laufe der Jahre sind erbitterte Rivalitäten entstanden.

Waterloo Rocketry hat eine beeindruckende Erfolgsbilanz vorzuweisen und in den letzten Jahren mehrere SA-Cup-Auszeichnungen gewonnen.Im Jahr 2017 war seine VIDAR III-Rakete die erste in der 10.000-Fuß-Hybridkategorie (in der Raketen eine Quelle für festen Brennstoff und eine Flüssigkeit haben). Oxidationsmittel) und erhielt auch die begehrte Auszeichnung für technische Exzellenz. Ihre UXO-Rakete half ihnen, den Titel in der 10.000-Fuß-Hybridkategorie im folgenden Jahr zu behalten, als sie eine Höhe von 13.000 Fuß erreichte. Die diesjährige Veranstaltung steht vor der Tür (sie findet im Juni statt) und die letzten Vorbereitungen für das neueste Projekt des Teams sind im Gange, eines, das ehrgeiziger ist als alle bisherigen. Das Ziel ist, dass die neue Rakete eine beeindruckende Höhe von 30.000 Fuß erreicht (fast das Dreifache dessen, was frühere Raketen erreicht haben, und nahe an der Flughöhe eines Verkehrsflugzeugs). Damit die 5,2 m hohe Hybridrakete eine solche Höhe erreichen konnte, musste das 30-köpfige Team jeden Aspekt des Designs, das sie bisher in ihren Raketen verwendet hatten, komplett überdenken. Um eine solche Höhe zu erreichen, müssen Struktur, Nutzlast, Antrieb und Aerodynamik erheblich verbessert werden.

Es wird mehr Platz für die Oxidationsmittel- und Brennstofflagerung sowie für den Fallschirm benötigt (der viel größer ist als im letzten Jahr, um eine sichere Bergung aus einer so großen Höhe zu gewährleisten). Alle Komponenten, aus denen die Rakete besteht, müssen sehr kompakt sein, um Platz zu sparen. Sie müssen auch so leicht wie möglich sein, um der Rakete mit ihren begrenzten Treibstoffreserven maximale Reichweite zu geben. Gleichzeitig muss es eine hohe Robustheit aufweisen, um den Belastungen, denen die Rakete ausgesetzt ist, standhalten zu können. Der Raketenmotor soll deutlich mehr Leistung liefern (ca. 50 % mehr als bisher) und auch die Einschaltdauer des Motors wurde merklich verlängert (bis ca. 25 s) mit einem längeren Intervall bis zur maximalen Intensität.

Bei diesem Projekt wollte das Team alle für den Antrieb der Rakete verantwortlichen elektrischen Systeme miteinander verbinden und die wichtigsten Parameter während des Flugs überwachen. Dazu benötigen sie Steckverbinder, die stark genug sind, um die Startbeschleunigung zu überstehen, sowie eine schnelle und einfache Montage mit einer minimalen Anzahl von Werkzeugen (da die meisten Montagen von Hand in der Wüste kurz vor dem Start erfolgen). Aus Platzgründen verzichten sie auf die großen Streifen mit 5 mm Abstand, die bei früheren Raketen verwendet wurden, da sie für dieses neue Design zu sperrig wären. Nachdem sie verschiedene Optionen auf der ihnen bekannten Vertriebswebsite untersucht hatten, konnten die Elektroingenieure des Teams eine Entscheidung für die beste Lösung treffen. Der Kandidat, der sich von allen anderen abhob, war die Datamate JTek-Serie von Harwin mit einem Rastermaß von 2 mm, da diese Steckverbinder Strom und Daten übertragen und Vibrationskräften von 10 G für 6 Stunden und extremen Temperaturen von -55 °C standhalten können C bis +125 °C.

Die Kontakte, die diese Steckverbinder enthalten, die aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung hergestellt sind und auf einem proprietären Design mit 4 Anschlüssen in einem Stück basieren, können starken Stößen standhalten. Jeder Kontakt kann außerdem bis zu 3,3 A führen (3 A, wenn alle Kontakte gleichzeitig geladen werden) und die jetzt erhältlichen neuen T-Contact-Versionen können bis zu 8,5 A führen. Insgesamt wurden sieben Datamate J-Tek-Einheiten direkt in das Raketendesign integriert, um sechs elektrische Subsysteme an Bord zu verbinden. Dies sind das Funkkommunikations-Subsystem, die Sensorsuite, Datenprotokollierungshardware (für die Diagnose), ein GPS-Empfänger (der hilft, die Rakete zu bergen) und die beiden Ventilsteuerungs-Subsysteme. „Da wir versuchen, eine viel größere Höhe zu erreichen, waren wir gezwungen, an ein viel kleineres Grunddesign zu denken.

Alle Komponenten müssen die volumetrischen Einschränkungen, mit denen wir konfrontiert sind, berücksichtigen, ohne das Gesamtgewicht erheblich zu erhöhen, da dies die Reichweite verringern würde“, erklärt Aaron Morrison, Co-Direktor des Waterloo Rocketry Project. "Darüber hinaus muss es auch robust genug sein, um Vibrationen und Startbeschleunigungen standzuhalten." „Wir haben nur eine Release-Möglichkeit im Jahr und die unzähligen Arbeitsstunden, die wir in das Projekt gesteckt haben, wären verschwendet gewesen, wenn eine Komponente ausgefallen wäre. Die Datamate J-Tek-Steckverbinder von Harwin sind klein, leicht und stark und erfüllen daher alle unsere Kriterien. Dadurch können wir die gewünschte Höhe erreichen und sicherstellen, dass das Risiko einer Fehlfunktion besteht“, fährt er fort. „Darüber hinaus sind die Schraubverschlüsse dieser Steckverbinder unter Einhaltung der Wettbewerbsvorschriften ein weiteres wesentliches Merkmal.“
Die Ausgabe 2019 des SA Cup findet zwischen dem 18. und 22. Juni statt, daher beendet das Team seine Prüfungen und nimmt in letzter Minute Anpassungen vor. Sie können Ihre Unterstützung für das Team zum Ausdruck bringen und ihre Fortschritte über Facebook verfolgen. Es gibt auch Testvideos mit dem Raketenmotor, die auf YouTube angesehen werden können.