Marco teórico:

El cohete en realidad es un tipo de motor que utiliza la  tercera ley de newton como principio de operación, esto quiere decir que quema combustible convirtiendo el combustible quemado en gas caliente sale con fuerza, esta fuerza genera una reacción hacia arriba impulsando el cohete. También se refiere al vehículo que utiliza ese tipo de motor.

Los cohetes se remontan hasta principios del siglo XIII, cuando tanto la civilización China como Mongol comenzaron a experimentar con la pólvora y a introducirla dentro de tubos. Se dieron cuenta que esos tubos rellenos de pólvora podían propulsarse por sí mismos debido al gas que escapaba de ellos al momento de la ignición.

Durante los siglos siguientes la principal aplicación que se le daba a los cohetes era para fuegos artificiales, hasta que en el siglo XVII Isaac Newton realizó trabajos para entender su movimiento físico bajo las 3 leyes que él mismo propuso. En ese momento las leyes de Newton comenzaron a tener un impacto considerable en el estudio y diseño de cohetes.

Durante los primeros años del siglo XX, ya un gran número de organizaciones estaba interesada en experimentar y aprender sobre el comportamiento de estos

No fue hasta finales de la segunda guerra mundial que se les vió potencial aeroespacial. Estados Unidos y Rusia quedaron como las más grandes potencias. Fue con el inicio de período conocido como La Guerra Fría que se realizaron grandes avances en la implementación de proyectos del ámbito aeroespacial. Estas dos potencias competían para ver quién lograba los mejores avances: resultando con el primer hombre en la luna en 1969 por parte de Estados Unidos

El sistema estructural es la combinación de las aletas, nariz y fuselaje, el fuselaje tiene que ser de material fuerte pero ligero. Con la parte exterior reforzada con protección termal para mantener fuera el calor de la fricción del aire durante el vuelo y para mantener las bajas temperaturas para que se realicen las reacciones necesarias, además de las aletas utilizadas para proveer estabilidad en el vuelo. La nariz se utiliza también como contra peso para ayudar a mantener las fuerzas en equilibrio.

El sistema de guía es una combinación de sensores, computadoras, radares y equipo de comunicación a bordo del mismo cohete, ayudando a transmitir la información requerida para la investigación y controlar el cohete mientras está en vuelo. También sirve para dar un nivel de estabilidad para que el cohete no tenga problemas en el vuelo.

Introducción

Las condiciones térmicas, mecánicas, químicas y ambientales a las que se somete un cohete en vuelo generan varios problemas de los materiales que deben ser considerados en el desarrollo de las partes de un cohete.

El fuselaje es una de las partes más importantes de un cohete, pues abarca la mayor parte del cuerpo de éste, por lo que el rendimiento depende directamente del fuselaje . Su función es transmitir la carga de las fuerzas generadas durante el vuelo, teniendo que generar el menor arrastre aerodinámico posible, para esto tiene que ser de un material ligero y altamente resistente. Generalmente las demás partes del cohete van sujetas dentro del fuselaje de ahí su importancia en cuanto al diseño, pues debe de integrar de manera correcta los sistemas desarrollados para la misión. En su exterior debe contar con alguna protección térmica para proteger el interior del cohete y el combustible del calor de la fricción del aire, además de contar con una buena relación de resistencia-peso.

Nuestro fuselaje debe ser de una forma cilíndrica y debe tener un arrastre aerodinámico bajo. El cohete cuenta con un sistema de recuperación, al momento de su caída se busca que el fuselaje sufra el menor daño posible, y en caso de una eventual falla del sistema de recuperación, que pueda absorber el impacto con el menor daño posible.

Actualmente se producen y utilizan este tipo de cohetes con su fuselaje en algunas universidades, a continuación el nombre de los proyectos y su país:

-Proyecto TronadorII – Argentina

-Guanin I – Puerto Rico

-Cohetes tipo ULA- Venezuela

-Proyecto uniandino Aeroespacial - Colombia

Impulsar programas de vuelo de baja órbita con vehículos de pequeña escala que requieren del desarrollo de nuevas tecnologías. Una de las formas de lograrlo es probando el comportamiento de los cohetes. Con esta investigación se benefician los estudiantes y académicos interesados en la ciencia aeroespacial, pues se esperan resultados que ayuden a describir el comportamiento de un vehículo de propulsión aéreo bajo distintas fuerzas.

Objetivo

-Analizar los componentes y materiales que actualmente se utilizan en cohetes.

-Investigar aquellos materiales que mejor satisfacen el diseño y manufactura del fuselaje de los cohetes.

-Encontrar aquellos materiales que sean más eficientes para la construcción del fuselaje de un cohete, es decir que ayuden a cumplir de mejor manera el objetivo funcional de esta parte del cohete, cuyo precio sea accesible para los alumnos y las universidades.

-Describir los alcances y logros obtenidos durante el desarrollo del proyecto.




Video Introductorio:

Características físicas:
-Diámetro exterior de 2 a 3 pulgadas
-Diámetro interior de 1.5 a 4 mm.
-Debe ser de una forma cilíndrica, por lo que el material escogido debe ser capaz de moldearse a esta forma.
-El peso del fuselaje no debe exceder los 3,000 gramos preferentemente para no generar fuerzas de arrastre altas.
-El volumen del fuselaje oscila entre 1,559 cm^3 y  1,709 cm^3

Características mecánicas:
-Material impermeable
-Resistencia al impacto
-Resistencia a la corrosión y a la intemperie
-Peso específico menor a 4.5 g/cm^3 

Posibles soluciones:
PVC:
El PVC es un polímero termoplástico que se obtiene por la polimerización del Cloruro de Vinilo. De manera aislada es un polímero bastante inestable, pero se le agregan aditivos para mejorar sus propiedades mecánicas y aumentar su versatilidad. Ocupa el tercer lugar en uso al nivel mundial, es un material durable, presenta buena dureza al impacto y es resistente al agua y al vapor.

Aluminio 6061-T6:

Es una aleación con buena ductilidad y ligereza, es más ligero que otras aleaciones de aluminio. Es fácil de trabajar u elaborar piezas maquinadas a partir de él, pues es fácil de soldar. Tiene una buena resistencia a la corrosión.

Titanio de pureza comercial R50700 Recocido:

Criterios a tomar en cuenta

-Peso específico (10)

-Dureza (9)

-Tenacidad a la fractura (6)                            

-Resistencia la compresión (7)

-Precio (8)

Característica	PVC	Aluminio 6061 T6	Titanio
Dureza Vickers	11.3 HV	95 HV	195 HV
Peso específico	1290 kg/m^3	2670 kg/m^3	4490 kg/m^3
Resistencia a la compresión	37MPa	207MPa	186 Mpa
Precio	32 MXN/kg	31.5 MXN/Kg	157 MXN/Kg
Tenacidad a la fractura	3.63 MPa/m^.5	33 MPa/m^.5	50 MPa/m^.5

Conclusión:

Como se puede observar en la tabla superior, el PVC tiene la menor dureza y el titanio supera la dureza de los demás materiales por mucho más, sin embargo, a la hora de ver los pesos específicos el PVC tiene el menor peso específico, con una diferencia de mínimo 1000 kg/m^3 lo cual es algo bueno, ya que es uno de los objetivos principales a la hora de utilizar un cohete para generar menor arrastre.

En cuanto a la resistencia a la compresión, el aluminio es el que tiene el mejor comportamiento, además de esto, también es el material más barato,  dándole varias ventajas a comparación de los demás materiales. La resistencia a la fractura, o tenacidad a la fractura, es mucho mayor en el titanio, después le sigue el aluminio y por último, el PVC.

De acuerdo a las características definidas y los materiales, nos parece que el Aluminio 6061 puede ser el más adecuado para su utilización como el fuselaje de un cohete y por lo tanto proponemos su posible uso en esta área en los próximos experimentos.

Una ventaja de utilizar esta metodología es que por medio de mapas o esquemas gráficos podemos abarcar una gran cantidad de información de manera rápida y sencilla para establecer relaciones entre las propiedades de los materiales.

Valor de aprendizaje:

Hiram Gómez:Seguir una metodología adecuada para la selección del material es sumamente importante para pasar de la ciencia a la ingeniería de los materiales. Entender las propiedades mecánicas de los materiales, sus propiedades químicas y físicas nos facilitan entender y proponer usos para los mismos.

Gabriel Zepeda:Con este trabajo, aprendí a definir características específicas para los materiales dependiendo del uso que se le vaya a dar, sabiendo así que buscar y donde, además, también supe utilizar las herramientas que nos enseñaron previamente, así como el hacer una investigación buscando las características especificadas anteriormente.