ANÁLISE MODAL, ESTUDO DE VIBRAÇÕES EM UM...

Centro Regional Sul

ANÁLISE MODAL, ESTUDO DE VIBRAÇÕES EM UM NANOSATELITE

RELATÓRIO FINAL DE PROJETO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA

(UFSM

Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais

E

Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE–MCTRelatório Final de Atividades

ANÁLISE MODAL, ESTUDO DE VIBRAÇÕES EM UM NANOSATELITE - UMA APLICAÇÃO AO PROJETO

NANOSATC-BR2

RELATÓRIO FINAL DE PROJETO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA(PIBIC/CNPq/INPE)

Viktor Leon Bizarro Dutra FSM – Bolsista PIBIC/INPE – CNPq/MCTI

E-mail: [email protected]

Dr. Nelson Jorge Schuch Orientador

Centro Regional Sul de Pesquisas EspaciaisCRS/INPE – MCTIC

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais INPE - MCTIC

E-mail: [email protected]

Junho de 2016

MCTIC

ANÁLISE MODAL, ESTUDO DE VIBRAÇÕES EM UM UMA APLICAÇÃO AO PROJETO

RELATÓRIO FINAL DE PROJETO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA

CNPq/MCTIC)

Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais

Centro Regional Sul

DADOS DE IDENTIFICAÇÃO Título:

ANÁLISE MODAL,NANOSATELITE

Processo:124355/2015-3

Aluno Bolsista no período de

Vikto Leon Bizarro DutraAcadêmico do Curso de Centro de TecnologiaUniversidade Federal de Santa Maria

Orientador:

Dr. Nelson Jorge SchuchCentro Regional Sul d

Co-Orientador: Dr. Eng. Otávio S. C. DurãoInstituto Nacional de Pesquisas Espaciais

Colaboradores:

Artur Gustavo SlongoAcadêmico do Curso de Engenharia Aeroespacial Alex Muller Acadêmico do Curso de Engenharia Elétrica da UFSM Guilherme Paul JaenischBacharel em Engenharia

Lorenzzo Quevedo MantovaniAcadêmico do Curso de Engenharia Rodrigo Passos MarquesAcadêmico do Curso de Tiago Travi FariasAcadêmico do Curso de


DADOS DE IDENTIFICAÇÃO

ANÁLISE MODAL, ESTUDO DE VIBRAÇÕES EM UM NANOSATELITE - UMA APLICAÇÃO AO PROJETO

NANOSATC-BR2

Aluno Bolsista no período de Agosto/15 a Julho/16 Vikto Leon Bizarro Dutra Acadêmico do Curso de Engenharia Aeroespacial

de Tecnologia – CT/UFSM Universidade Federal de Santa Maria – UFSM

Dr. Nelson Jorge Schuch Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais - CRS/INPE – MCTI

Dr. Eng. Otávio S. C. Durão Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE/MCTIC

Artur Gustavo Slongo urso de Engenharia Aeroespacial da UFSM

Acadêmico do Curso de Engenharia Elétrica da UFSM

Guilherme Paul Jaenisch Bacharel em Engenharia Mecânicapela UFSM

Lorenzzo Quevedo Mantovani do Curso de Engenharia Aeroespacial da UFSM

Rodrigo Passos Marques êmico do Curso de Engenharia Mecânica da UFSM

Tiago Travi Farias Curso de Engenharia de Produção da UFSM

MCTIC

ESTUDO DE VIBRAÇÕES EM UM UMA APLICAÇÃO AO PROJETO

MCTIC

Centro Regional Sul

Locais de Trabalho/Execução do Projeto:

• Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais

• Laboratório de – MCTIC

Trabalho desenvolvido no Laboratório de Ciências Espaciais de Santa Maria


Locais de Trabalho/Execução do Projeto:

Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE – MCTI

Laboratório de Mecânica Fina, Mecatrônica e Antenas - LAMEC

Trabalho desenvolvido no âmbito da Parceria e Convênio: INPE/MCTLaboratório de Ciências Espaciais de Santa Maria – LACESM/CT – UFSM.

MCTIC

MCTIC

LAMEC/CRS/INPE

âmbito da Parceria e Convênio: INPE/MCTIC – UFSM, pelo UFSM.

Centro Regional Sul

Agradeço à equipe de

este projeto de pesquisa. Faço

Nelson Jorge Schuch, Pesquisador Titular Sênior

Espaciais – CRS/INPE – MCTI

em meu potencial e me gar

Programa NANOSATC-BR, Desenvolvimento de

Agradeço ao Programa Institucional de Bolsas

PIBIC/INPE – CNPq e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e

Tecnológico – CNPq, bem como a

CNPq/MCTIC pela aprovação do Projeto de Pesquisa, o qual me possibilitou a começar no

ramo da pesquisa, Iniciação Científica, Tecnológica & Inovação, com um crescimento

só profissional, mas também

Aos servidores do

Nacional de Pesquisas Espaciais

atenção que sempre me foram cedidos.

Aos amigos, companheiros e

deram muito apoio e para investir

futuro.


AGRADECIMENTOS

equipe de colaboradores que ajudaram de alguma forma a desenvolver

Faço um agradecimento especial ao meu orientador e mentor Dr.

Pesquisador Titular Sênior III do Centro Regional Sul de Pesquisas

MCTIC, que com muita disposição deu suporte e apoio, acreditou

potencial e me garantiu essa grande esplendorosa oportunidade de participar do

BR, Desenvolvimento de CubeSats.

o Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica

CNPq e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e

CNPq, bem como ao Coordenador do Programa PIBIC

pela aprovação do Projeto de Pesquisa, o qual me possibilitou a começar no

ramo da pesquisa, Iniciação Científica, Tecnológica & Inovação, com um crescimento

mas também pessoal.

Aos servidores do Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais,

Nacional de Pesquisas Espaciais e da Universidade Federal de Santa Maria

que sempre me foram cedidos.

amigos, companheiros e familiares, de quem muito dependo e que sempre

para investir nos meus estudos e atividades, minhas deci

MCTIC

e alguma forma a desenvolver

um agradecimento especial ao meu orientador e mentor Dr.

III do Centro Regional Sul de Pesquisas

deu suporte e apoio, acreditou

oportunidade de participar do

de Iniciação Científica –

CNPq e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e

o Coordenador do Programa PIBIC/INPE –

pela aprovação do Projeto de Pesquisa, o qual me possibilitou a começar no

ramo da pesquisa, Iniciação Científica, Tecnológica & Inovação, com um crescimento não

onal Sul de Pesquisas Espaciais, do Instituto

e da Universidade Federal de Santa Maria pelo apoio e

, de quem muito dependo e que sempre

minhas decisões e meu

Centro Regional Sul


MCTIC

Centro Regional Sul

Este Relatório Final de Projeto

apresenta os estudos e atividades realizadas e desenvolvidas pelo bolsista

Bizarro Dutra, no período de Agosto de 2015 à

“ANÁLISE MODAL, ESTUDO DE VIBRAÇÕES DE LANÇAMENTO EM UM

NANOSATELITE - UMA APLICAÇÃO

O principal objetivo do presente trabalho é apresentar os resultados de análises de

modos de vibração relacionados a estrutura rígida de um

NANOSATC-BR2. Foram aplicados conceitos de Vibrações Mecânicas

Solidos, além dossoftwares para construção do modelo

NANOSATC-BR2 e a interpretação de dados colhidos para o desenvolv

Foi realizada também uma

dar suporte ao conhecimento do aluno, uma vez que o projeto foi iniciado

técnico. Os dados dessa simulação matemática devem ser corroborado

no Modelo de Engenharia no período de Integração e Testes do satélite.


RESUMO

Relatório Final de Projeto de Iniciação Científica –

apresenta os estudos e atividades realizadas e desenvolvidas pelo bolsista

no período de Agosto de 2015 à Julho de 2016, referentes ao Projeto

ANÁLISE MODAL, ESTUDO DE VIBRAÇÕES DE LANÇAMENTO EM UM

UMA APLICAÇÃO AO PROJETO NANOSATC-

principal objetivo do presente trabalho é apresentar os resultados de análises de

modos de vibração relacionados a estrutura rígida de um CubeSat 2U, aplicando ao Projeto

BR2. Foram aplicados conceitos de Vibrações Mecânicas

softwares para construção do modelo estrutural simplificado d

BR2 e a interpretação de dados colhidos para o desenvolv

também uma revisão bibliográfica para caracterizar termos técnicos e

dar suporte ao conhecimento do aluno, uma vez que o projeto foi iniciado

. Os dados dessa simulação matemática devem ser corroborados

no Modelo de Engenharia no período de Integração e Testes do satélite.

MCTIC

PIBIC/CNPq/INPE

apresenta os estudos e atividades realizadas e desenvolvidas pelo bolsista Viktor Leon

Julho de 2016, referentes ao Projeto

ANÁLISE MODAL, ESTUDO DE VIBRAÇÕES DE LANÇAMENTO EM UM

-BR2”.

principal objetivo do presente trabalho é apresentar os resultados de análises de

2U, aplicando ao Projeto

BR2. Foram aplicados conceitos de Vibrações Mecânicas e Mecânica de

estrutural simplificado do projeto

BR2 e a interpretação de dados colhidos para o desenvolvimento do projeto.

caracterizar termos técnicos e

dar suporte ao conhecimento do aluno, uma vez que o projeto foi iniciado sem um suporte

s em um teste físico

Centro Regional Sul

LISTA DE IMAGENS ................................

LISTA DE TABELAS ................................

INTRODUÇÃO ................................

CAPÍTULO 1 ................................

PROGRAMA NANOSATC-1 - INTRODUÇÃO ................................

1.1 –Projeto NANOSATC

1.2 – Projeto NANOSATC

CAPÍTULO 2 ................................

TESTES DE VIBRAÇÕES REALIZADOS2 INTRODUÇÃO ................................

2.1 Objetivos ................................

2.2 Resultados................................

CAPÍTULO 3 ................................

ANÁLISE MODAL NANOSATC3 INTRODUÇÃO ................................

3.1 Resultados da Analise Modal para o NCBR

CAPÍTULO 4 ................................

4 ATIVIDADES RELEVANTES

CAPÍTULO 5 ................................

CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS


SUMÁRIO

................................................................................................................................

................................................................................................................................

................................................................................................................................

................................................................................................................................

-BR, DESENVOLVIMENTO DE CUBESATS ................................................................................................................................................................

Projeto NANOSATC-BR1 ................................................................................................

Projeto NANOSATC-BR2 ................................................................................................

................................................................................................................................

REALIZADOS NO NANOSSATÉLITE NCBR-1 ................................................................................................................................................................

................................................................................................................................

................................................................................................................................

................................................................................................................................

NANOSATC-BR2 ................................................................................................................................................................................................................................

Analise Modal para o NCBR-2 ................................................................

................................................................................................................................

TIVIDADES RELEVANTES DESENVOLVIDAS PELO BOLSISTA ................................

................................................................................................................................

................................................................................................

NCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................................

MCTIC

..................................... 8

...................................... 8

.............................................. 10

.................................................. 11

........................................ 11

..................................... 11

......................................... 11

........................................ 12

.................................................. 14

.................................... 14

....................................... 14

..................................... 15

................................... 15

.................................................. 17

................................... 17

....................................... 17

........................................... 17

.................................................. 19

................................................................ 19

.................................................. 20

....................................................... 20

.......................................... 21

Centro Regional Sul

FIGURA 1: CHECAGEM FUNCIONAL E OPERACION FIGURA 2: MODELO DE ENGENHARIA DA PLATAF

PELA ISIS ................................ FIGURA 3 - TESTE DE MESA DO NCB FIGURA 4 REPRESENTAÇÃO DE UM P FIGURA 5 – RESULTADO DA ANÁLISE

NCBR2 ................................


ÍNDICE DE IMAGENS

UNCIONAL E OPERACIONAL DO NCBR1 ................................

ENGENHARIA DA PLATAFORMA 2U DO NANOSATC................................................................................................................................

TESTE DE MESA DO NCBR1 NO EQUIPAMENTO SHAKE ................................

ÃO DE UM P-POD [6] ................................................................

RESULTADO DA ANÁLISE DE ALGUNS MODOS DA ESTRUTURA SIMPLIFICAD................................................................................................................................

MCTIC

................................................... 12

ORMA 2U DO NANOSATC-BR2 FABRICADA .............................................. 13

................................................ 14

....................................................... 15

STRUTURA SIMPLIFICADA DO ................................................... 18

Centro Regional Sul

TABELA 1 – ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DO

TABELA 2 – ESPECIFICAÇÕES TÉCNI

TABELA 3 – DADOS OBTIDOS NO


ÍNDICE DE TABELAS

ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DO TESTE DE VIBRAÇÃO SENOIDAL

ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DO TESTE DE VIBRAÇÃO RANDÔMICA

DADOS OBTIDOS NO SOFTWARE ANSYS ................................................................

MCTIC

TESTE DE VIBRAÇÃO SENOIDAL.... 16

ÃO RANDÔMICA ............ 16

...................................... 18

Centro Regional Sul

Este Relatório descre

ESTUDO DE VIBRAÇÕES EM UM NANOSATELITE

PROJETO NANOSATC-

2015 até Julho de 2016. A

acadêmico do curso de Engenharia Aeroespacial

UFSM, bolsista no Programa PIBIC

O Programa "NANOSATC

projetos vigentes: NANOSATC

fundamental desses projetos é

CubeSats, e sistemas de hardware e software, cujo fornecedor é a empresa holandesa

ISL/ISIS, com o intuito de capacitar

Projeto NCBR1, lançado em 2014, obteve sucesso em todas as missões planejadas

enquanto o Projeto NCBR2 aguar

em 2017.

O Plano de Pesquisa

estipulou metas até então pouco aventuradas

ao longo do processo. É relevante ressaltar que o bolsista determinou o projeto e es

metas, mesmo sabendo da sua capacidade de tratar o t

correspondentes aos 3º, 4º e 5º períodos do Curso de Engenharia Aeroespacial

Descritos a seguir estão os 5 capítulos em que o relatório é apresentado.

O Capítulo 1 aborda o Programa NANOSATC

explicando seus objetivos de realização

apresenta os projetos NCBR

O Capítulo 2 apresenta

nanossatélite NCBR1, os objetivos e resultados deste

O Capítulo 3 contempla os

modelagem tridimensional

O Capítulo 4 descreve as principais atividades desenvolvidas ao longo do período

O Capítulo 5 abrange


INTRODUÇÃO

elatório descreve as atividades realizadas no Projeto “ANÁLISE MODAL,

ESTUDO DE VIBRAÇÕES EM UM NANOSATELITE - UMA APLICAÇÃO AO

-BR2”, (Processo nº124355/2015-3), com vigência de Agosto de

. As atividades foram realizadas por Viktor Leon Bizarro Dutra,

curso de Engenharia Aeroespacial, da Universidade Federal de S

rograma PIBIC/INPE – CNPq no CRS/INPE-MCTI

NANOSATC-BR, Desenvolvimento de CubeSats

: NANOSATC-BR1 (NCBR1) e NANOSATC-BR2 (NCBR2).

desses projetos é uma missão espacial baseada na aquisição de

e sistemas de hardware e software, cujo fornecedor é a empresa holandesa

intuito de capacitar Recursos Humanos na área Espacial

, lançado em 2014, obteve sucesso em todas as missões planejadas

NCBR2 aguarda para realizar testes e após ser lançado, com e

esquisa teve seu enfoque principal no Projeto N

estipulou metas até então pouco aventuradas, mas que poderiam ser muito bem trabalhadas

É relevante ressaltar que o bolsista determinou o projeto e es

metas, mesmo sabendo da sua capacidade de tratar o tema sem os conceitos básicos

3º, 4º e 5º períodos do Curso de Engenharia Aeroespacial

estão os 5 capítulos em que o relatório é apresentado.

aborda o Programa NANOSATC-BR, Desenvolvimento de

explicando seus objetivos de realização e sua importância a nível científico e

NCBR1 e NCBR2;

apresenta um panorama dos testes de vibração realizados no

, os objetivos e resultados deste.

contempla os dados obtidos para um CubeSat

modelagem tridimensional e a simulação computacional.

descreve as principais atividades desenvolvidas ao longo do período

abrange considerações finais sobre o projeto realizado e desenvolvido

MCTIC

ANÁLISE MODAL,

UMA APLICAÇÃO AO

com vigência de Agosto de

Viktor Leon Bizarro Dutra,

, da Universidade Federal de Santa Maria –

MCTIC.

" tem dois grandes

BR2 (NCBR2). O objetivo

acial baseada na aquisição de nanossatelites,

e sistemas de hardware e software, cujo fornecedor é a empresa holandesa

na área Espacial. O CubeSat do

, lançado em 2014, obteve sucesso em todas as missões planejadas,

ser lançado, com expectativa

NANOSATC-BR2 e

, mas que poderiam ser muito bem trabalhadas

É relevante ressaltar que o bolsista determinou o projeto e estipulou

ema sem os conceitos básicos

3º, 4º e 5º períodos do Curso de Engenharia Aeroespacial na UFSM

estão os 5 capítulos em que o relatório é apresentado.:

Desenvolvimento de CubeSats,

a nível científico e acadêmico e

um panorama dos testes de vibração realizados no

CubeSat 2U utilizando a

descreve as principais atividades desenvolvidas ao longo do período;

considerações finais sobre o projeto realizado e desenvolvido;

Centro Regional Sul

PROGRAMA NANOSATC

1 - Introdução

O Programa NANOSATC

parceria entre o INPE/MCT

Pesquisas Espaciais do INPE. O Programa consiste em adquirir um nanossatélite, padrão

CubeSat (100mm de aresta e máximo 1,33kg por unidade

objetivo principais:

- A Capacitação de Recur

instrumentação espacial, para que possam desenvolver pesquisas e estud

missão (desde planejamento

- Capacitação Tecnológica das Instituições parceiras do

desenvolvimentos nas áreas de

- Monitoramento e estudos na parte da Anomalia Magn

AMAS e do Eletrojato Ionosférico Equatorial;

Atualmente o Programa conta com dois grandes Projetos principais: Projeto NCBR1

e NCBR2.


O Projeto NANOSATC

nanossatélite, do padrão CubeSat

em órbita se tornou no primeiro

foi lançado em junho de 2014 e

brasileiro lançado com sucesso e a transmitir informações

espacial. Os alunos de graduação

ocorrem na sede do INPE, no Laboratório de Integração e Testes

O Projeto conta com


CAPÍTULO 1

PROGRAMA NANOSATC-BR, DESENVOLVIMENTO DE CUBESAT

Programa NANOSATC-BR, Desenvolvimento de CubeSats,

parceria entre o INPE/MCTIC e a UFSM e é desenvolvida no Centro Regional Sul de

do INPE. O Programa consiste em adquirir um nanossatélite, padrão

(100mm de aresta e máximo 1,33kg por unidade – denominada

ão de Recursos Humanos – capacitar estudantes de graduação com

instrumentação espacial, para que possam desenvolver pesquisas e estud

desde planejamento, testes, e lançamento ao monitoramento e coleta de dados

Capacitação Tecnológica das Instituições parceiras do Programa, as quais podem ter

as áreas de: ciências, engenharias e tecnologia;

Monitoramento e estudos na parte da Anomalia Magnética do Atlântico Sul

e do Eletrojato Ionosférico Equatorial;

Programa conta com dois grandes Projetos principais: Projeto NCBR1

Projeto NANOSATC-BR1

O Projeto NANOSATC-BR1 inicia com a aquisição de duas plataformas de

CubeSat – 1U, e que com o sucesso de seu lançamento e operação

em órbita se tornou no primeiro Nanossatélite Científico Brasileiro – NCBR1. O NCBR1

foi lançado em junho de 2014 e ainda está em órbita, sendo o primeiro nanossatélite

com sucesso e a transmitir informações científicas coletadas em órbita

. Os alunos de graduação da UFSM participaram da parte de integração e testes que

, no Laboratório de Integração e Testes – LIT, Figura 1

conta com duas missões:

MCTIC

CUBESATS

s, é resultado de uma

C e a UFSM e é desenvolvida no Centro Regional Sul de

do INPE. O Programa consiste em adquirir um nanossatélite, padrão

denominada U), tendo como

capacitar estudantes de graduação com

instrumentação espacial, para que possam desenvolver pesquisas e estudos referentes a

e coleta de dados);

Programa, as quais podem ter

ética do Atlântico Sul –

Programa conta com dois grandes Projetos principais: Projeto NCBR1

duas plataformas de

e que com o sucesso de seu lançamento e operação

NCBR1. O NCBR1

, sendo o primeiro nanossatélite

científicas coletadas em órbita

da parte de integração e testes que

, Figura 1.

Centro Regional Sul

- Missão Científica: Coletar dados da AMAS, utilizando o magnetômetro XEN1210,

cujo objetivo é coletar dados da região magnética terrestre

Andes ao litoral Brasileiro -

- Missão Tecnológica: Validação de placas de Circuitos Integrados (CIs)

Driver on/off, desenvolvido pela Santa Maria Design House

desenvolvida pela Universidade Federal do

O Projeto foi um sucesso, atendendo a sua M

proposto.

O NCBR1, após sofrer avarias devido explosões

informações em modo. Sua M

continua operacional coletando e transmitindo dados científicos e tecnológicos

Figura 1: Checagem funcional e operacional do NCBR1


O Projeto NANOSATC

para poder ser validado operacionalmente e funcionalmente e

em alguma janela de lançame

Programa NANOSATC-BR, Desenvolvimento de

NCBR1, sendo um CubeSat

O principal objetivo do NCBR2

captação de dados da região da Ionosfera


Missão Científica: Coletar dados da AMAS, utilizando o magnetômetro XEN1210,

coletar dados da região magnética terrestre na faixa que s

- região da AMAS.

Missão Tecnológica: Validação de placas de Circuitos Integrados (CIs)

, desenvolvido pela Santa Maria Design House – SMDH e uma placa FPGA,

desenvolvida pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS.

oi um sucesso, atendendo a sua Missão de forma efetiva

pós sofrer avarias devido explosões solares, continua transmitindo

m modo. Sua Missão foi dada por encerrada em setem

operacional coletando e transmitindo dados científicos e tecnológicos

: Checagem funcional e operacional do NCBR1

NANOSATC-BR2

Projeto NANOSATC-BR2 está em fase final, esperando pela realização dos

eracionalmente e funcionalmente e para que possa ser encaixado

em alguma janela de lançamento em breve. O NCBR2 é o segundo nanossatélite do

BR, Desenvolvimento de CubeSats e tem o dob

CubeSat 2U, Figura 2.

O principal objetivo do NCBR2 é a utilização de uma sonda de Langmuir para

captação de dados da região da Ionosfera, onde há grande quantidade matéria na forma

MCTIC

Missão Científica: Coletar dados da AMAS, utilizando o magnetômetro XEN1210,

na faixa que se estende dos

Missão Tecnológica: Validação de placas de Circuitos Integrados (CIs), são eles:

SMDH e uma placa FPGA,

UFRGS.

issão de forma efetiva e no prazo

, continua transmitindo

issão foi dada por encerrada em setembro de 2014, mas

operacional coletando e transmitindo dados científicos e tecnológicos.

pela realização dos testes

para que possa ser encaixado

O NCBR2 é o segundo nanossatélite do

s e tem o dobro do volume do

é a utilização de uma sonda de Langmuir para

grande quantidade matéria na forma de

Centro Regional Sul

plasma. O que incentivou tal missão foi

da Atmosfera Terrestre para estud

sistemas de comunicação que utilizam

úteis para a realização das missões

- Científica: Sonda de Langmuir e dois magnetômetros XEN

outro externo)

- Tecnológica: 2 FPGAs, 1 CI eo primeiro Sistema de Controle de Atitude de um

satélite com Tripla Redundância.desenvolvido inteiramente no Brasil

Figura 2: Modelo de Engenharia


O que incentivou tal missão foi a necessidade de parâmetros da região ionosférica

para estudar a dinâmica de fenômenos que afetam diretamente os

as de comunicação que utilizam esta região como meio de propagação. As

para a realização das missões do NCBR2 são:

Sonda de Langmuir e dois magnetômetros XEN 1210 (um interno e

: 2 FPGAs, 1 CI eo primeiro Sistema de Controle de Atitude de um

satélite com Tripla Redundância.desenvolvido inteiramente no Brasil

Modelo de Engenharia da plataforma 2U do NANOSATC-BR2 fabricada pela

MCTIC

parâmetros da região ionosférica

que afetam diretamente os

esta região como meio de propagação. As cargas

1210 (um interno e

: 2 FPGAs, 1 CI eo primeiro Sistema de Controle de Atitude de um

BR2 fabricada pela ISIS

Centro Regional Sul

TESTES DE VIBRAÇÕES REALIZADOS NO NANOSSATÉLITE NCBR

2 Introdução

Durante as etapas de AIT (

lançamento do nanossatélite NC

estrutura rígida do corpo -

lançador o enviava para sua posição em órbita

do combustível líquido na câmara, um veículo lançador sofre violentas vibrações

lançamento que são amortecidas por amortecedores mecânicos.

Os testes foram realizados no Laboratório de Integração e Testes do

(LIT/INPE-MCTIC), em São José dos Campos, SP,

avaliar as condições da estrutura durante excitação senoidal e randômica

acelerômetros posicionados em três eixos, a fim de coletar o máximo de dados poss

Os testes tiveram como objetivo corroborar os dados fornecidos pela empresa

fornecedora da estrutura - plataforma

Figura 3 - Teste de mesa do NCBR1


CAPÍTULO 2

TESTES DE VIBRAÇÕES REALIZADOS NO NANOSSATÉLITE NCBR

de AIT (Assembly, Integration and Tests)

nanossatélite NCBR1 foram realizados testes estruturais para garantir que a

- plataforma - do satélite não se deformasse enquanto o veículo

lançador o enviava para sua posição em órbita, Figura 3. Por conta da combustão instável

do combustível líquido na câmara, um veículo lançador sofre violentas vibrações

que são amortecidas por amortecedores mecânicos.

testes foram realizados no Laboratório de Integração e Testes do

, em São José dos Campos, SP, em um equipamento

avaliar as condições da estrutura durante excitação senoidal e randômica

posicionados em três eixos, a fim de coletar o máximo de dados poss

tes tiveram como objetivo corroborar os dados fornecidos pela empresa

plataforma - do nanossatélite.

Teste de mesa do NCBR1 no equipamento Shake

MCTIC

TESTES DE VIBRAÇÕES REALIZADOS NO NANOSSATÉLITE NCBR-1

que precederam o

foram realizados testes estruturais para garantir que a

do satélite não se deformasse enquanto o veículo

Por conta da combustão instável

do combustível líquido na câmara, um veículo lançador sofre violentas vibrações durante o

testes foram realizados no Laboratório de Integração e Testes do INPE

um equipamento específico para

avaliar as condições da estrutura durante excitação senoidal e randômica com

posicionados em três eixos, a fim de coletar o máximo de dados possível.

tes tiveram como objetivo corroborar os dados fornecidos pela empresa

Centro Regional Sul

2.1 Objetivos

O objetivo do teste de vibração

ficaria exposto durante o lançamento

sofra nenhum tipo de deformação, como atestado pela empresa provedora da estrutura

veículo lançador utilizado co

Para este teste, presume

veículo de lançamento, como na realidade é, pelo uso de um mecanismo de base chamado

P-POD (Poly-Picosatellite Orbital Deployer

caixa retangular com capacidade para três CubeSat

móvel e molas. Durante o desacoplamento, o veículo lançador envia um sinal eletrônico

que aciona a porta e as molas de torção que la

alumínio anodizado e por ser uma estrutura complexa e de alto custo, durante os testes é

utilizado um modelo simplificado, o TestPOD, onde a função é representar a interação do

P-POD e o CubeSat.[6]

2.2 Resultados

Os testes no NCBR1 serviram para certificar a capacidade garantida pela

fornecedora do produto de que a estrutura do nanossatélite suportaria bem às adversidades

do lançamento.

Foram realizados testes de vibração senoidal e rand

resultados são apresentados nas Tabelas 1 e 2.


objetivo do teste de vibração é simular as condições adversas às quais o NCBR1

ficaria exposto durante o lançamento e garantir que a estruturado satélite sobreviva

sofra nenhum tipo de deformação, como atestado pela empresa provedora da estrutura

veículo lançador utilizado como base para este procedimento foi o DNEPR.

Para este teste, presume-se que o satélite é limitado no espaço de interface com o


Picosatellite Orbital Deployer), Figura 4. Este mecanismo consiste

gular com capacidade para três CubeSats padrão 1U e com uma plataforma

Durante o desacoplamento, o veículo lançador envia um sinal eletrônico

que aciona a porta e as molas de torção que lançarão o CubeSat. O P-POD é construído em



Figura 4 Representação de um P-POD [6]

Os testes no NCBR1 serviram para certificar a capacidade garantida pela


Foram realizados testes de vibração senoidal e randômica, cujas especificações e

sultados são apresentados nas Tabelas 1 e 2..

MCTIC

é simular as condições adversas às quais o NCBR1

e garantir que a estruturado satélite sobreviva e não

sofra nenhum tipo de deformação, como atestado pela empresa provedora da estrutura. O

mo base para este procedimento foi o DNEPR.

se que o satélite é limitado no espaço de interface com o


te mecanismo consiste em uma

com uma plataforma

Durante o desacoplamento, o veículo lançador envia um sinal eletrônico

POD é construído em



Os testes no NCBR1 serviram para certificar a capacidade garantida pela empresa


ômica, cujas especificações e

Centro Regional Sul

Tabela 1 – Especificações Técnicas do teste de Vibração SenoidalTeste de Vibração Senoidal:

Norma Aplicada .......................... Enverionmental Levels ISILaunch07, parágrafo 4;

Método de teste ..................

Faixa de frequência ................. 5Hz

Nível de vibração:

5 – 10Hz // 0.5gn;

10 – 15Hz // 1.0gn;

15 – 20Hz // 0.5gn;

Velocidade de varredura ……….. 4oct/min

Total de eixos ..............................

Tabela 2 – Especificações Técnicas do Teste de Vibração RandômicaTeste de Vibração Randômica

Norma Aplicada ........................ Enverionmental Levels ISILaunch07, parágrafo 5;

Método de teste ......................... Teste de varrimento randômico a nível de qualificação;

Faixa de Frequência .............. 20Hz

Nível de vibração ...................... 20Hz // 0.007 g

Nível Global ............................ 6.5 Grms;

Duração dos testes ................... 35 seg/eixo;

Eixos testados .......................... 3 (X,Y,Z);

Os resultados dos testes de vibração do NanoSatC

documento LIT02-CRS-TR

REPORT[4]

do Laboratório de Integração e Testes do Instituto Nacional de Pesquisas

Espaciais. Os resultados são apresentados como satisfatórios

Missão e atestam que para as frequências de lançamen

há coincidência com as frequências naturais do nanossatélite NCBR


Especificações Técnicas do teste de Vibração Senoidal Teste de Vibração Senoidal:[4]

Norma Aplicada .......................... Enverionmental Levels ISILaunch07, parágrafo 4;

de teste ........................... Teste de varrimento senoidal a nível de qualificação;

de frequência ................. 5Hz – 20Hz;

Velocidade de varredura ……….. 4oct/min;

Total de eixos .............................. 03 (X, Y, Z)

Especificações Técnicas do Teste de Vibração Randômica Randômica:[4]

Norma Aplicada ........................ Enverionmental Levels ISILaunch07, parágrafo 5;

de teste ......................... Teste de varrimento randômico a nível de qualificação;

de Frequência .............. 20Hz – 2000 Hz;

Nível de vibração ...................... 20Hz // 0.007 g2/Hz

80Hz // 0.007 g2/Hz

160Hz // 0.022 g2/Hz

320Hz // 0.035 g2/Hz

640Hz // 0.035 g2/Hz

1280Hz // 0.017 g2/Hz

2000Hz // 0.005 g2/Hz

Global ............................ 6.5 Grms;

Duração dos testes ................... 35 seg/eixo;

Eixos testados .......................... 3 (X,Y,Z);

Os resultados dos testes de vibração do NanoSatC-BR1 são apresentados no

TR-001 CUBESAT NANOSATC-BR1 VIBRATIONAL TEST


. Os resultados são apresentados como satisfatórios para o cumprimento da

issão e atestam que para as frequências de lançamento do veículo lançador DNEPR não

há coincidência com as frequências naturais do nanossatélite NCBR-1.

MCTIC

Norma Aplicada .......................... Enverionmental Levels ISILaunch07, parágrafo 4;[3]

noidal a nível de qualificação;

Norma Aplicada ........................ Enverionmental Levels ISILaunch07, parágrafo 5;[3]

de teste ......................... Teste de varrimento randômico a nível de qualificação;

BR1 são apresentados no

BR1 VIBRATIONAL TEST


para o cumprimento da

to do veículo lançador DNEPR não

Centro Regional Sul

3 Introdução

Analise Modal é o estudo de propriedades dinâmicas sob excitação por vibrações. É

também o conjunto de dados obtidos a partir de excitações em modos normais de vibração

determinado por frequências ressonantes. Cada estrutura possui um conjunto único de

frequências ressonantes, chamadas fases. Quando uma estrutur

frequências naturais entra em ressonância e os resultados podem ser danos em larga escala.[2]

Neste estudo, a estrutura do satélite é projetada e modelada para atender às exigências

de um modelo de engenharia qualificado

todos os parâmetros de teste sob dadas condições de carga. Vários aspectos são levados em

consideração na concepção da estrutura, tais como

formato vazado, sem considerar os subsistemas e os painéis solares.

por uma liga de alumínio 6063

do sistema. Este material é leve em peso e tem uma elevada rigidez para resistir a condições

de carga. A configuração cúbica selecionada tem

100×200) mm, excluindo os painéis solares

3.1 Resultados da

A estrutura é modelada e ensaiada no software de modelagem ANSYS. No software a

estrutura é montada em um

análises são simplificadas, assumindo que os subsistemas são omitidos e todos os orifícios

adicionais sobre a estrutura, por várias razões, são negligenciadas.

Como citado anteriormente, os resultados para uma análise de modos de vibração são

dados pela frequência natural do objeto. Na Figura 5

estudo dos modos de vibração do NanoSatC

frequência e uma deformação estrutural.


CAPÍTULO 3

ANÁLISE MODAL NANOSATC-BR2


conjunto de dados obtidos a partir de excitações em modos normais de vibração


frequências ressonantes, chamadas fases. Quando uma estrutura é excitada numa de suas

ias naturais entra em ressonância e os resultados podem ser danos em larga escala.


de um modelo de engenharia qualificado. O modelo simples é construído

parâmetros de teste sob dadas condições de carga. Vários aspectos são levados em

consideração na concepção da estrutura, tais como, o material que constitui

formato vazado, sem considerar os subsistemas e os painéis solares. A estrutura é composta

por uma liga de alumínio 6063-T6 e aplicada aqui para a construção do esqueleto de base


configuração cúbica selecionada tem dimensão externa

100×200) mm, excluindo os painéis solares, a sonda de Langmuir e as antenas

Resultados da Analise Modal para o NCBR-2


estrutura é montada em uma malha de 9642 nós para a análise estrutural do sistema. Estas


adicionais sobre a estrutura, por várias razões, são negligenciadas.


natural do objeto. Na Figura 5 são apresentados os resultados do

estudo dos modos de vibração do NanoSatC-BR2; Cada modo corresponde a uma

frequência e uma deformação estrutural.

MCTIC


conjunto de dados obtidos a partir de excitações em modos normais de vibração


a é excitada numa de suas

ias naturais entra em ressonância e os resultados podem ser danos em larga escala.


construído visando atender a

parâmetros de teste sob dadas condições de carga. Vários aspectos são levados em

que constitui a estrutura e o

A estrutura é composta

T6 e aplicada aqui para a construção do esqueleto de base


ensão externa simples (100 ×

sonda de Langmuir e as antenas.


nós para a análise estrutural do sistema. Estas



são apresentados os resultados do

Cada modo corresponde a uma

Centro Regional Sul

Figura 5 – Resultado da análise de alguns modos da estrutura simplificada do NCBR2

Para os 6 modos naturais iniciais do ob

com a frequência em Hz de cada

Tabela 3 – Dados obtidos no Desta forma sabe-se que quando o objeto atingir tais frequências em

relativas pode haver ruptura da estrutura.


Resultado da análise de alguns modos da estrutura simplificada do NCBR2

Para os 6 modos naturais iniciais do objeto foram obtidos resultados

com a frequência em Hz de cada,ver Tabela 3.

Modo

Frequência [Hz]

1 97,84

2 97,93

3 199,54

4 1440,1

5 1718,5

6 1936,4

Dados obtidos no software Ansys

se que quando o objeto atingir tais frequências em

relativas pode haver ruptura da estrutura.

MCTIC

Resultado da análise de alguns modos da estrutura simplificada do NCBR2

resultados relacionando-os

se que quando o objeto atingir tais frequências em suas posições

Centro Regional Sul

4 Atividades relevantes desenvolvidas pelo bolsista

Entre agosto de 2015 e julho de 2016, período de vigência da bolsa PIBIC o aluno

realizou, dentro outras atividades • Introdução ao conceito de

avançado a ser abordado apenas

da UFSM.

• Com o colaborador

Mecânica da UFSM, foi elaborado, para a

realizada em Florianópolis

Structure, Vibration and Mechanical Modeling for the NANOSATCBR

and 3D Printing Considerations

• O trabalho Study of Rigid Structure, Vibration and Mechanical Modeling for the

NANOSATCBR-2: Modal Analysis and 3D Printing Considerations

apresentado no I IEEE UFSM Workshop

Maria – RS, no dia 10-06-2016


CAPÍTULO 4

Atividades relevantes desenvolvidas pelo bolsista

Entre agosto de 2015 e julho de 2016, período de vigência da bolsa PIBIC o aluno ro outras atividades:

Introdução ao conceito de Vibrações Mecânicas e Modos de V

apenas em períodos a frente no curso de Engenharia Aeroespacial

o colaborador Rodrigo Passos Marques, graduando do curso de Engenharia

foi elaborado, para a 2nd IAA Latin American CubeSat

realizada em Florianópolis – SC, o trabalho técnico-científico intitulado

Structure, Vibration and Mechanical Modeling for the NANOSATCBR

Printing Considerations que foi apresentado na forma de pôster.

Study of Rigid Structure, Vibration and Mechanical Modeling for the

2: Modal Analysis and 3D Printing Considerations

I IEEE UFSM Workshop do Centro de Tecnologia da UFSM, em

2016.

MCTIC

Entre agosto de 2015 e julho de 2016, período de vigência da bolsa PIBIC o aluno

Modos de Vibração, assunto

períodos a frente no curso de Engenharia Aeroespacial

, graduando do curso de Engenharia

CubeSat Workshop,

intitulado Study of Rigid

Structure, Vibration and Mechanical Modeling for the NANOSATCBR-2: Modal Analysis

pôster.

Study of Rigid Structure, Vibration and Mechanical Modeling for the

2: Modal Analysis and 3D Printing Considerations também foi

entro de Tecnologia da UFSM, em Santa

Centro Regional Sul

Infelizmente há um déficit de conteúdos básicos para a complementação do trabalho,

uma vez que estes são característicos de períodos mais

Aeroespacial na UFSM. No entanto o bolsista conseguiu trazer, de forma simplificada, um

entendimento geral dos conceitos de vibrações

outros momentos da sua carreira acadêmica e profiss

testes realizados no NCBR

vigência da bolsa. Os estudos e revisões bibliográficas foram realizados no

Mecânica Fina, Mecatrônica e Antenas e na b

Pesquisas Espaciais do INPE/MCTIC

O bolsista aproveitou o tempo de atividades da bolsa e pode ter um desenvolvimento

tanto profissional como pessoal muito relevantes, sempre lembrando o quanto é importante

e relevante a capacitação de

NANOSATC-BR, Desenvolvimento de


CAPÍTULO 5

CONSIDERAÇÕES FINAIS


uma vez que estes são característicos de períodos mais avançados do curso de Engenharia


entendimento geral dos conceitos de vibrações mecânicas que certamente servirão em

carreira acadêmica e profissional. Espera-se que os dados dos

testes realizados no NCBR-2 coincidam com os obtidos pelo bolsista durante o período de

Os estudos e revisões bibliográficas foram realizados no

Mecânica Fina, Mecatrônica e Antenas e na biblioteca setorial do Centro Regional Sul de

do INPE/MCTIC.


pessoal muito relevantes, sempre lembrando o quanto é importante

levante a capacitação de Recursos Humanos, um dos principais objetivos do Programa

BR, Desenvolvimento de CubeSats.

MCTIC


avançados do curso de Engenharia


que certamente servirão em

se que os dados dos

2 coincidam com os obtidos pelo bolsista durante o período de

Os estudos e revisões bibliográficas foram realizados no Laboratório de

iblioteca setorial do Centro Regional Sul de


pessoal muito relevantes, sempre lembrando o quanto é importante

, um dos principais objetivos do Programa

Centro Regional Sul


[1] Asif Israr, “Vibration and Modal Analysis of Low Earth Orbit Satellite,

Shock and Vibration, vol. 2014, Article ID 740102, 8 pages, 2014. [2] Suresh, K., Jayaraman, K., Baskar, V., and Ilangovan, S., "

Analysis of Micro-Satellite Structure, [3] ISL.ISILaunch07.EL

Innovative Solutions in Space [4] LIT02 – CRS – TR

Junho de 2014. [5] ISL.ISILaunch09.EL

Innovative Solutions in Space [6] Jonathan Brown, Riki Munakata, “

Mk.III P-POD,” CubeSat de 2008

[7] J. Puig-Suari, C. Turner, W. Ahlgren, “

Deployer and a CubeSat Class PicoSatellite, [8] André Oliveira, Walter Jesus Casas, “

frequências de estruturas acopladas e desacopladasde Setembro de 2011



Vibration and Modal Analysis of Low Earth Orbit Satellite,Shock and Vibration, vol. 2014, Article ID 740102, 8 pages, 2014.

, K., Jayaraman, K., Baskar, V., and Ilangovan, S., "Satellite Structure," SAE Technical Paper 2004-01

ISL.ISILaunch07.EL – Environment Levels Auxiliary Payloads ISILaunch07Innovative Solutions in Space

TR – 001, NCBR-1 Vibrational Test Report.

[5] ISL.ISILaunch09.EL – Environment Levels Auxiliary Payloads ISILaunch09 Innovative Solutions in Space

[6] Jonathan Brown, Riki Munakata, “Dnepr 2 Satellite Identification and the Developers' Workshop, San Luis Obispo, CA, USA,

Suari, C. Turner, W. Ahlgren, “Development of the Standard Class PicoSatellite,” IEEE, 2001

[8] André Oliveira, Walter Jesus Casas, “Análise modal e da resposta em frequências de estruturas acopladas e desacopladas”, GMAp, Porto Alegre, Brasil. 22

MCTIC


Vibration and Modal Analysis of Low Earth Orbit Satellite,”

, K., Jayaraman, K., Baskar, V., and Ilangovan, S., "Free Vibration

01-3131, 2004,

Environment Levels Auxiliary Payloads ISILaunch07 –

1 Vibrational Test Report. Versão 1 de 02 de

Environment Levels Auxiliary Payloads ISILaunch09 –

Dnepr 2 Satellite Identification and the Developers' Workshop, San Luis Obispo, CA, USA, 09 de Abril

Development of the Standard CubeSat

Análise modal e da resposta em ”, GMAp, Porto Alegre, Brasil. 22

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