Simulações da base e testes da plataforma.

Através do programa ftools foi simulada a perna projetada, para identificar a intensidade das forças axiais que seriam conferidas em cada elemento de treliça no momento do lançamento.  as condições da simulações foram:

Empuxo Total: 320 N

Angulo do lançamento: 40°                          

Força dividida igualmente entre as três pernas.

Força dividida igualmente entre os nós que recebem a força.

Imagem 1: Diagrama de corpo livre pelo ftools

Fonte: Própria Equipe

A componente da Força aplicada em cada nó foi de 34,28N em Y e 40,85 em X. foram inseridas relações de contorno nos pontos de contato da base com o solo e do elemento que liga ao cilindro central.

Imagem 2: Distribuição de Forças axiais 

Fonte: Própria Equipe

O elemento mais solicitado recebeu uma carga de 97,49 N de força de compressão. porém para conferir a veridicidade dos resultados, levando em consideração que existem algumas condições de simulação que não são consideradas pelo programa, foi feita uma segunda análise 3D através do SolidWorks Simulation, 

os objetivos dessas simulações foram: Comprovar os resultados apresentados pelo ftools

                                                              Analisar a melhor direção para aplicar a força.

Foram feitas então duas simulações no SolidWorks Simulation com as seguintes condições:

Simulação 1: Empuxo Total: 320 N

                      Angulo do lançamento: 40°

                      Força em X incidindo na direção de uma das pernas.

Imagem 3: Diagrama de corpo livre

                 

Fonte: Própria Equipe

Simulação 2: Empuxo Total: 320 N

                      Angulo do lançamento: 40°

                      Força em X incidindo na direção de duas das pernas.

Imagem 4: Diagrama de corpo livre 

Fonte: Própria Equipe

Comparação das simulações.

Imagem 5:Deformação na simulação 1

Fonte: Própria Equipe

Imagem 6: Deformação na simulação 2

Fonte: Própria Equipe

Apesar de o valor absoluto máximo de deformação ter sido maior na simulação 1, ela apresentou menores deformações que resultam em forças de flexão nas pernas, e um menor deslocamento da caixa de fixação do lançador. Definindo então o posicionamento do lançador, conforme a simulação 1

Imagem 7: Tensão simulação 1

Fonte: Própria Equipe

O ensaio de tração mostrou uma maior concentração de pressão nos mesmos pontos apontados pelo ftools, Levando à equipe considerar os resultados apresentados pelo programa válidos.

Resultado da Prova de Eficácia de Lançamento

Na prova de Eficácia de Lançamento a equipe foguete em conjunto com a equipe base teve 30 minutos para realizar a quantidade desejada de lançamentos oblíquos em direção ao alvo com o cabo guia. Durante o intervalo de tempo de 28 minutos a equipe efetuou 20 lançamentos as 10horas de manhã de sábado 06/05/2017 no estacionamento do Centro Universitário SENAI Cimatec, cinco deles na parte central do alvo sendo três em sequencia assim garantindo uma pontuação extra e oito dos lançamentos restantes foram na periferia do alvo, as medidas de pressão e de angulação que foram utilizadas em cada lançamento forma de 70 graus e 40 psi.O vídeo a seguir- vídeo 1, mostra um dos lançamentos onde o foguete acerta o centro do alvo.

Vídeo 1: Acerto no Centro do Alvo

Fonte: Própria Equipe

Analisando o vídeo dos lançamentos oblíquos com durante a prova de eficácia foi observado que o comportamento do cabo-guia de aço revestido com PVC e bitola de 1/16 durante a trajetória se assemelha a uma a uma catenária-Imagem 1. A catenária descreve uma família de curvas planas semelhantes as que seriam geradas por uma corda suspensa pelas duas extremidades e sujeitas a ação da gravidade. Também foi observado que a força que o cabo guia exerce sobre o foguete está relacionada a distancia do foguete em relação em relação ao chão, essa distancia será o peso que o cabo exerce sobre o foguete, influenciando significativamente nos cálculos de trajetória. Além do cabo outro fator que influenciou significativamente na trajetória do foguete foi o arrasto aumentando a aleatoriedade do de aterrissagem.

Imagem 1: Catenária

Fonte:www2.dec.fct.unl.pt/seccoes/S_Estruturas/Modelacao_Fisica_e_Matematica_em_Engenharia/AulasPraticasHTML/node20.html

Fabricação da base

Ao longo da semana a equipe finalizou a fabricação da base para o lançamento oblíquo. Para a estrutura física,  foi utilizado uma caixa de madeira MDF 250x250x80 milimetros, tres sacos de palito de churrasco da marca natural e um cano de PVC 20 mm. Para a aderência entre os palitos de cada elemento da treliça foi utilizado cola de madeira e a junção dos nós foi feita com durepox. 

A construção foi realizada em dois momentos, sendo finalizada no laboratório do Theoprax com o auxilio do técnico Gilson.

Imagem 1: Reunião para fabricação  

Fonte: própria

Imagem2: Treliças 

fonte: própria

Imagem 3; Montagem 

Fonte: própria

Imagem 4: Base finalizada

Fonte; própria 

Eficacia de lançamento

No dia,  06/05/2017, foi realizado o teste de eficácia de lançamento, que consiste em atravessar o cabo guia do estacionamento do SENAI Cimatec, até o alvo. Durante um periodo de 30 minutos, foi possível realizar 20 lançamentos, na qual cinco deles acertou o alvo menor e oito deles acertaram o alvo maior, A precisão dos lançamentos pode ser vista no video 1 a seguir:

Video 1: Precisão do lançamento

Fonte: Alisson Gabriel

Prova de dimensionamento

Ao longo de todo o projeto, foi-se construído  o modelo 3D, Tanto do foguete quanto da plataforma. Para-se comparar o modelo virtual com o construído, houve no dia  04/04/2017 a medição de dois foguetes construídos  e da plataforma. Com isto, pode-se chegar nos resultados dispostos na tabela 1, a seguir:

Tabela 1: Medidas comparadas com o modelo virtual

Fonte: Propria

Trajetória do foguete

Para-se passar uma cabo guia por uma determinada distancia, o foguete realizará dois movimentos, o propulsionado e o não propulsionado. O movimento propulsionado pode ser representado através de uma função linear, uma vez que como tem uma força empurrando o projetil o foguete irá  enquanto que o movimento não propulsionado se caracteriza um lançamento oblíquo.

Neste sentido, a componente vertical tem influencia na altura do projetil, considerando que ela vai variar, uma vez que, sempre haverá a força da gravidade atuando sobre este sentido.

Enquanto que a componente horizontal é considerada constante quando utilizada idealmente, isto é quando a resistência do ar é minima. Quando a força de arrasto é considerada, o projetil alcançará alcances menores.

O  deslocamento no movimento propulsionado, na qual, por existir uma força da ejeção da água que por sua vez faz com , o movimento é caracterizado por uma equação linear de y em função de x, como pode ser visto na formula 1:

Formula 1: deslocamento no movimento propulsionado.

y= ax

No movimento não propulsionado, a trajetória de um projetil lançado obliquamente, é dada a partir das posições do mesmo no eixo respectivas e horizontal ao longo do tempo, neste sentido, para calcular a posição no eixo horizontal e no vertical tem as respectivas formulas 2 e formula 3 :

Formula 2: Calculo da posição no eixo horizontal

X =Xo - Vxt

Formula 3 : Calculo da posição no eixo vertical

Y=Yo+ Voyt - (gt²)/2

Considerando um mesmo intervalo de tempo para ambas as formulas e igualando-as, encontra-se uma formula na qual relaciona a posição de y em função da posição de x, na qual etá disposta na formula 4:

Formula 4: Calculo da posição vertical em função da posição horizontal.

Y= xtan(θ) -  ( gx²)/2.cos²(θ).v²)

Com a determinação desta formula, será feito ensaios de lançamento para parâmetro de água e pressão testados anteriormente, no lançamento vertical. 

Ajustes na plataforma de lançamento

Durante a semana, o time da base fez algumas alterações necessárias objetivando aperfeiçoá-la. São elas:

-A mudança da parte superior da base de uma estrutura cilíndrica para uma estrutura quadrada. Uma vez que a franja de PVC, responsável por travar o movimento do lançador é uma estrutura plana, sendo inviável colocá-la em um cilindro, pois ela poderá entortá-lo ao ponto dele virar um "ovo" e comprometer a estrutura, logo se tivermos uma caixa quadrada ela terá a parede reta e não irá deformar-se;
- A mudança de 4 pernas da base para apenas 3 com intuito de reduzir a utilização de materiais, tornar a estrutura mais leve e proporcionar estabilidade à mesma em um terreno de desnível;
- A mudança do tamanho do palito a ser utilizado, após percebermos que as alturas dos elementos da treliça podem ser maiores que 30 mm, desde que possua elemento de força zero de apoio para evitar flambagem.

Seguem, abaixo, fotos da evolução da perna da plataforma de lançamento (em modelo CAD e em foto real):

Primeiro modelo:

Fonte: própria

Segundo modelo:

Fonte: própria

Terceiro modelo (atual):

Fonte: própria

Análise de materiais

Analisando as tabelas a cima, retiradas da equipe Avalavit, percebeu-se  que o material que apresenta maior resistência (limite de escoamento) e menor densidade foi o palio de churrasco, feito de bambu. logo, sendo o material mais indicado para a plataforma da equipe Rocket. LI

• Empuxo = 250 Mpa

Limite de escoamento é a tensão na qual ocorre o fenômeno de escoamento do material; a tensão é obtida pela expressão:

A tensão cr, que é expressa em megapascal (Mpa), Newton por milímetro quadrado (N/mm²) ou em quilograma por milímetro quadrado (Kg/mm²), é calculada dividindo a força F ou carga aplicada, pela área da secçao inicial da parte util do corpo de prova, S0.

Palito de Churrasco

1 palito de picolé

2 palitos de picolé

Palito Gina

Palito Gaboard

Palito Paraná

Palito Theoto 

Analisando os gráficos percebe-se que o corpo de prova é um material frágil por conta da formação de um “pico” correspondente a tensão máxima que o material resistiu, ou seja, o ponto de ruptura. Nosso grupo escolheu a marca Paraná porque, dentre os que suportaram maior força, foi o que apresentou a maior regularidade.

Relatos do Lançamento Vertical.

No decorrer desta semana o time foguete se empenhou na conclusão do relatório a cerca do lançamento vertical o qual apresentava os resultados para valores de velocidade, deslocamento e aceleração durante todo o trecho propulsionado, obtidos com os parâmetros de propelente do lançamento (quadro 1). Estes resultados foram obtidos a partir do software de análise gráfica dos vídeos realizados, frame por frame, denominado “Tracker”.

Quadro 1: Parâmetros de lançamento.

Lançamento	Pressão (PSI)	Volume de Água (ml)
1	30	400
2	40	400
3	50	400
4	30	500
5	40	500
6	50	500
7	30	600
8	40	600
9	50	600

Fonte: Própria Equipe.

Porém, detectou-se um problema na apreciação das filmagens efetuadas pela equipe, pois estas não capturavam um tamanho de quadro suficiente para segurar todo o trecho propulsionado do foguete, causando assim um déficit nas informações coletados. Contanto, como etapa fundamental para o andamento de todo o projeto, foi decidido por todo o time refazer esses testes.

Para tal foi realizado a confecção de novos foguetes (Imagem 1) seguindo todos os parâmetros efetivados na elaboração dos modelos anteriores.

Imagem 1: Novos foguetes para lançamento.

Fonte: Própria Equipe.

Planeja-se refazer os testes o mais breve possível, para que assim o andamento do projeto possa caminhar sem mais nenhum contratempo.

Pedro Jorge Carvalho Caribé

Estudante de Engenharia Mecânica

Centro Universitário SENAI Cimatec

Estimativas de Possíveis Materiais para a Estrutura Treliçada da Plataforma

Nesta semana o time plataforma, planejou realizar os ensaios mecânicos para os possíveis materiais a serem usados na estrutura treliçada da plataforma. No entanto, devido a motivos externos, não foi possível ser realizada a execução dos testes na data programada, sendo esta reagendada para outro dia, possivelmente na próxima semana.

Contudo, expõe-se aqui nesta postagem, por intermédio da pesquisa e coleta de dados feitos pelos nossos colegas integrantes de equipes da instituição que já executaram este Projeto Integrador no passado, resultados do comportamento mecânico de corpos de provas de materiais a serem testados e analisados por nós, na data em que forem efetivados os ensaios mecânicos para estes materiais:

• Palito de picolé

      Fig. 1 - Ensaio de Tração em Palitos de Picolé - Tensão x Def. Específica. 

      Fonte: http://andromedaengenharia.blogspot.com.br/2014/11/teste-da-tracao-operacao-skyfall.html Everton Silva dos Santos - Equipe ANDRÔMEDA - 2014. Acessado em 15 abr. 2017.

• Palito de Churrasco

                              Fig. 2 - Ensaio de Tração em Palitos de Churrasco.

                              Fonte:http://pi-engenhariamecanica.blogspot.com.br/2016/10/ensaios-mecanicos-material-plataforma.html Equipe AVOLAVIT - 2016. Acessado em 15 abr. 2017

• PVC

    Fig. 3 - Ensaio de Tração em PVC. (Favor clicar para facilitar visualização)

    Fonte: http://verdengenharia.blogspot.com.br/ - Equipe VERDE ENGENHARIA - 2014 (Engenharia de Materiais).

     Acessado em 15 abr. 2017. 

Os testes efetuados por equipes anteriores em seus projetos, exibem uma clara superioridade do PVC em resistência à tração. Porém, através da experiência passada de colegas de curso, é assegurado que os palitos de picolé, embora possuam menor resistência às tensões, mostram-se capazes de arcar com a carga máxima a ser possivelmente alcançada a nível de lançamento de um foguete d'água. Vale ressaltar também que o formato dos palitos de picolé é mais favorável à confecção da estrutura treliçada, além do fato de uma estrutura montada com o PVC por exemplo, ser mais propícia a tornar-se superdimensionada ao final da construção da plataforma.

Finalmente, é necessário que o time execute os próprios ensaios de materiais para poder analisar e escolher o material mais apropriado à construção da base, principalmente no que se refere a uma boa adaptação aos projetos de desenho mecânico da plataforma que estão em curso.

Testes de materiais nos lançamentos

Nessa semana o time foguete se reuniu para fazer mais alguns testes com novos tipos de materiais de foguetes no cone e nas aletas. Além disso, tentamos fazer o máximo de testes com um único foguete pata tirarmos algumas conclusões, com essas investigações. Logo abaixo nas figuras 1 e 2 tabela 1 haverá a  demonstração do resultado do foguete usado nos lançamentos.

                                                Figura 1 - Cone do Foguete

                                                                  Fonte: Própria

                                                 Figura 2 - Foguete após lançamentos

                                                                Fonte: Própria

Concluiu-se que os materiais utilizados no cone teve um comportamento muito positivo, pois suportou mais de nove lançamentos, mesmo com todas as deformações, além das aletas ficarem fixas nos seus devidos lugares, por dois motivos o tipo de material e sua conexão com o corpo do foguete, que utilizamos fita isolante e cola quente.

Segundo Teste de Lançamento Vertical

Ao longo dessa semana a equipe foguete do grupo Equipe Rocket, efetuou mais lançamentos verticais com os protótipos produzidos pela equipe até agora. Os protótipos construídos pela equipe até o momento são feitos com diferentes materiais para testar o comportamento de todos durante o lançamento, a fim de construir um foguete que resista mais aos constantes lançamentos. 

 Vídeo 1: UM DOS LANÇAMENTOS REALIZADOS NA SEMANA

Fonte: Própria Equipe

Através do vídeo acima será calculado a velocidade do foguete com o programa Tracker. As medições no poste servirão como parâmetro para que o programa realize os cálculos, foi marcado com fita adesiva branca em intervalos de 20 cm.

Durante os lançamentos da semana foi observado que as aletas utilizadas até agora que são de capa de caderno vem se soltando facilmente do foguete por conta do modo que a equipe vem colando a aleta no foguete, novos materiais estão sendo providenciados como isopor e papel espuma para fazer novos testes. Também foi percebido que durante o lançamento vertical o foguete não teve muita estabilidade por causa do seu ponto de pressão não estar tão baixo como deveria com isso a equipe decidiu alterar o modelo da aleta de triangular para um "Clipped Delta"- Imagem 1, e também o numero de aletas que estavam sendo utilizadas 4 agora serão utilizadas 3 aletas, tudo isso foi devido o estudo sobre isso.

                                                   Imagem 1: TIPOS DE ALETA

Fonte: http://www.nakka-rocketry.net/

Avanços da plataforma

   Esta semana o time da base da equipe Rocket fez um primeiro esboço da base final, em CAD 3D. Este esboço teve como inspiração um tripé de câmera fotográfica e a já desenvolvida plataforma de lançamento da equipe Avolavit.

       Imagem 1: Modelo CAD 3D da Plataforma da equipe Rocket.

Fonte: própria

    Imagem 2: Tripé de câmera

Fonte: própria

      Imagem 3: Plataforma da equipe Avolavit.

  Fonte: Disponível em < https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEiJ5b4DPP0rVdXrL0grgHDfQloaxhm7L5LRgtaOSpweycjKJAEvvw8S1JGY-5glVNZajM0co1VpcNpPsD4-cTBSQgYjc98j9LwqvIF0HFzpN_lgIi25By8K19ytiQvcMEpfefnosb6Sqa92/s1600/20161127_175217.jpg>

   Também ficou definido a fonte de inspiração do segundo esboço da base. Será de um tripé de apoio de arma. Visto que este é submetido a intensos “coices” dos tiros, precisando resistir aos mesmos e movimentar o mínimo possível a cada impacto. O que reflete os mesmos fatores que estão sendo buscados pela equipe Rocket em sua base.

     Imagem 4: Tripé de arma

                 Fonte: Disponível em:<http://www.45thdivision.org/Pictures/General_Knowlege/combatload/Browning_LMG_M1919A4.jpg>

   O cálculo estrutural será feito em ambas as bases e simulações em computador, garantindo, assim, informações suficientes para analisarmos qual terá o melhor desempenho e assim definindo a geometria final.