Progettazione di elementi di un sounding rocket in composito

The cornerstone of the New Space Economy is the deployment of large numbers of small and cost-effective satellites positioned in low Earth orbits. The goal of many companies op erating in this context is to reduce space access costs through the development of reusable, small-scale launch vehicles. Some moreextremesolutionsinvolvecarrying the launcheraloft withairplanes or high-altitude balloons, allowing the engines to ignite once the denser atmo spheric layer is avoided, minimizing rocket size and costs. T4ipositions itself in this context with the goal of developing ahybridpropulsionsystem, also exploring the possibilities that air-launched launches could offer. ThefirststepoftheprojectwasthelaunchoftheOdisseysoundingrocketbythecompany in February2022. Thisdocumentispartofthesubsequentdevelopmentphaseandsumma rizes thestudiesconductedduringtheinternshipatt4i. Solutionsincompositematerialwere investigated to lighten critical components previously produced in metallic material, such as f ins andthe nosecone. The study on fins focused on the use of honeycomb panels for their characteristics of high rigidity and reduced mass. Twoconfigurationswerestudied: thefirstconsistingoffour trapezoidal fins arranged in an X, while the second in a C shape, which might be necessary based on the maximum envelope requirements of the rocket. Subsequently, an optimiza tion algorithm in MATLAB was developed and validated to determine the most advanta geous layup in terms of mass and thickness, maintaining acceptable deformations without sacrificing aerodynamic efficiency. Adetailedconfigurationwasthendevelopedusingmetal lic components for panel alignment and to achieve a sharp profile at the leading edge. This allows for a total mass reduction of approximately 30%. The nosecone will house onboard avionics, so it is necessary for it to be transparent to the radio frequencies used. Therefore, aramid fibers were chosen, and the component will be manufactured using filament winding with a titanium alloy insert at the tip to withstand thermal stresses generated by the stagnation temperature at the tip.

Il fulcro della New Space Economy è il dispiegamento di grandi numeri di piccoli ed eco nomici satelliti, posizionati su orbite basse. L’obiettivo di molte imprese che si posizionano in questo contesto è ridurre i costi d’accesso allo spazio, tramite lo sviluppo di vettori riuti lizzabili di dimensioni ridotte. Le soluzioni più estreme contemplano il trasporto in quota del lanciatore con aerei o palloni aerostatici, in modo da poter accendere i motori una volta evitato lo strato più denso di atmosfera, così da avere dimensioni e costi minimi dei razzi. T4i si posiziona in questo ambito con l’obiettivo di sviluppare un vettore a propulsione ibrida, esplorando anche le possibilità che un lancio aviotrasportato potrebbe offrire. Il primostepdelprogettoèstatoillanciodelsoundingrocketOdisseydapartedell’azienda nel febbraio del 2022. Il presente elaborato si colloca nella fase di sviluppo successiva e rias sume gli studi svolti durante il periodo di tirocinio presso l’azienda t4i. Sono state studi ate delle soluzioni in materiale composito per andare ad alleggerire dei componenti critici prodotti per il primo lancio in materiale metallico, ovvero le alette ed il nosecone. Lostudiodellealettesièfocalizzatosull’utilizzodipannellihoneycombperlelorocaratter istiche di alta rigidezza e massaridotta. Sonostatestudiatedueconfigurazioni: laprimacosti tuita da quattro alette trapezoidali disposte ad X, mentre la seconda a C, che sarebbe potuta rendersi necessaria in base ai requisiti di inviluppo massimo degli ingombri del razzo. È stato quindi sviluppato e validato un algoritmo di ottimizzazione in MATLAB che determinasse il layup più vantaggioso in termini di massa e spessore, mantenendo delle deformazioni ac cettabili senza perdereefficienzaaerodinamica. Successivamenteèstatasviluppataunaprima configurazionedidettaglio, che utilizza componenti metallici per l’allineamento dei pannelli e per avere un profilo affilato al bordo d’attacco. In questo modo è possibile ridurre la massa totale di circa il 30%. Il nosecone sarà la sede dell’avionica di bordo, è perciò necessario che esso sia trasparente alle radiofrequenze utilizzate, si è perciò optato per l’impiego di fibre armidiche. Il compo nente sarà realizzato in filament winding e avrà un inserto in lega di titanio in punta, per poter sopportare le sollecitazioni termiche generate dalla temperatura di ristagno al tip.