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This project details the design of a reusable, small model rocket, which is capable of landing safely over a body of water. Said design includes all the structural components of the rocket and their acquisition, including both commercial components and self-manufactured ones. What makes this rocket stand out among common HPR is the landing system, which consists of a buoyancy device in ated with CO2 during the controlled descent of the rocket. However, this system alone would not guarantee the reusability of the rocket after being launched towards the sea. To ensure the recovery of the rocket, two GPS antennas linked to any conventional smartphone are used. Furthermore, an Arduino-controlled mechanism ensures the tightness of the electronic bay, thus preventing the negative effects water would have on the elements it contains. A structural study is performed to estimate the stresses induced in the rocket during ight and to verify the rocket can comfortably withstand them. Thermal analysis is also conducted to demonstrate that aerodynamic heating is not a threat to the integrity of the rocket. The assembly and refurbishment strategies are presented, to explain how the rocket is expected to be built. Since the construction of the rocket is not part of the project, these strategies will not be checked first-hand. As an alternative, a thorough inspection is made to make sure there are no incompatible actions. Finally, a series of tests of the in atable system were performed. They included the real in ation system and a mock-up of the in atable device. Some conclusions that affected the design of the system were drawn, and the necessary corrective actions were taken

El objetivo del presente documento es estudiar y comprobar la viabilidad en la construcción de un dron con capacidad de amarizaje que permita situar un módem acústico por debajo de la superficie marina, con el fin de obtener lectura de diferentes datos que serán de gran utilidad para el equipo de investigación de Sistemas de Adquisición Remota y Tratamiento de la Información (SARTI) de la EPSEVG. Primero se realizará una introducción de lo que son los vehículos aéreos no tripulados (VANT`s) conocidos comúnmente como drones y se explicarán algunos de los usos actuales y potenciales en un futuro próximo. Así mismo también se realizará una investigación de la situación actual de drones con protección para el agua, con tal de evaluar una solución fiable para el cometido del proyecto. Como punto inicial se procederá análisis crítico de diseño para cumplir las necesidades del equipo SARTI, tomando las decisiones correspondientes para la construcción funcional de un primer prototipo. Con tal de lograr dicho fin, se realizará un análisis mecánico y estructural, el cual consiste en el cálculo analítico contrastado con una simulación de elementos finitos (FEM) mediante software NX 12.0 Siemens. La realización del estudio mecánico requiere previamente el diseño en 3D tanto de la estructura del dron, como de la plataforma de amarizaje y la carga útil (que en este caso es el módem acústico con su correspondiente caja de componentes electrónicos). El estudio mecánico se centra en diversos elementos estructurales del dron, como por ejemplo el estudio de los brazos solicitados a flexión debido a la fuerza de empuje que generan los motores de la aeronave. Así como también en el análisis de flotabilidad de la plataforma de amarizaje. Además se llevarán a cabo pruebas experimentales con el prototipo diseñado para este proyecto con tal de confirmar su funcionalidad. Finalmente se realizará un análisis de las diferentes configuraciones propulsoras (baterías y hélices ideales) para conseguir un tiempo de vuelo óptimo sin comprometer la integridad estructural y funcional del dron. The objective of this document is to study and verify the viability in the construction of a drone with water landing capacity which allows deploying an acoustic modem just under the sea, in order to obtain the reading of different data that will be very useful for the Remote Acquisition Systems and Information Processing (SARTI) team. An introduction to what unmanned aerial vehicles (UAV`s, commonly known as drones) are will be made and some of the current, potential uses in the short-term will be explained. Likewise, a study of the current waterproof drones will also be carried out, so that these can evaluated to achieve a reliable solution to the project´s purpose. As a starting point, critical design analysis will be carried out to meet the needs of the SARTI team, making the corresponding decisions for the functional construction of a first prototype. In order to achieve this goal, a mechanical and structural analysis will be carried out, which consists of an analytical calculation contrasted with a finite element simulation (FEM) using software Siemens NX 12. Carrying out the mechanical study requires the 3D design of both the drone structure, the landing platform and the payload (which in this case is the acoustic modem with its corresponding box of electronic components). The mechanical study will focus on various structural elements of the drone, such as the study of its wings which will be required to flex due to the thrust force generated by its motors. This study will also check the buoyancy analysis of the landing platform. In addition, experimental tests will be carried out with the prototype designed for this project in order to confirm its functionality. Finally, an analysis of different propulsion configurations (ideal batteries and propellers) will be carried out in order to achieve an optimal flight time without compromising the structural integrity of the drone.

The results of an experimental campaign of the splashdown of the ESA IXV aimed at supporting the numerical simulations of the problem are presented here. Tests were done at different attitudes with and without wind effects. Measurements involved accelerations and angular velocities obtained from an Inertial Measurement Unit (IMU), pressures and dynamic accelerations. The loads acting on the flaps were also measured through the instrumentation of the body flap connection elements. All signals were transmitted via a Bluetooth connection, thus avoiding the spurious effects of umbilical cables. Measurements were supported by 100 Hz videos of the entry process. Attention is here focused on the description of the experimental setup and on the discussion of some of the most relevant results obtained in terms of the rigid body motion and forces acting on the flaps.

In this report the details concerning the design and the instrumentation of the 1:4 model to be used for the IXV-TASI tests are presented. Test conditions are essentially those specified in the request document ACQT/VG/10/0577, dated 2 July 2010 (INSEAN Prot. 356, 2 July 2010). Additional information concerning with the geometry of the model and mass characteristics were received by email messages and/or by electronic files. The main aspects of the design process are summarised here, along with some key decisions which were taken in order to achieve the best accuracy in all impact conditions/attitudes. The technical characteristics of instrumentation are provided as well.

In questo rapporto sono riportati alcuni dei risultati ottenuti dalle prove sperimentali effettuate presso l'INSEAN sul modello in scala 1:4 del velivolo FTB 1, come da capitolato CIRA-CF-04-0655 e da corrispondente offerta INSEAN (Prot. 193 del 26 gennaio 2005). Così come discusso nella Parte 1 (Rapporto INSEAN 2005-010), obiettivo delle prove sperimentali è valutare l'immersione massima raggiunta, la dinamica di fuoriuscita e ricaduta del velivolo e le condizioni di entrata in acqua in corrispondenza dell'impatto finale e confrontare i risultati con la previsione teorico-numerica riportata nella Parte 1. Il presente rapporto è articolato in quattro sezioni. Nella prima vengono discusse le caratteristiche del modello e la definizione delle condizioni di prova mentre il setup sperimentale viene descritto nella seconda. Nella terza è riportata l'analisi dei risultati, con particolare riguardo alle accelerazioni mentre nella quarta è riportata la previsione delle velocità e dell'assetto all'impatto ottenute attraverso software di analisi di immagine. Parte integrante di questo rapporto è un DVD nel quale sono riportati alcuni filmati relativi ai processi di impatto ed un filmato ottenuto a valle del processo di analisi di immagine nel quale sono riportate anche le traiettorie di alcuni punti particolari della geometria e di alcune entità, come ad esempio gocce d'acqua generate nel processo di impatto e fuoriuscita, che il software di analisi di immagine riesce a riconoscere come entità materiali. Questo filmato è alla base del calcolo di previsione delle velocità all'impatto. Le attività presentate in questo rapporto costituiscono il complesso delle attività previste nell'ambito dello Studio sperimentale della dinamica della fase di emersione mediante modello in scala ridotta, come da verbale Prot. CIRA-VER-05-0043, del 15 febbraio 2005. Sulla base di quanto riportato nel verbale suddetto, le prove vengono effettuate sul modello in scala nella condizione di impatto verticale con velocità in scala reale di 7 m/s, e massa all'impatto 1125 kg.

Sulla base della variazione di attività discussa in occasione dell'incontro del 27 Luglio 2005, come risulta da minuta Ref. CIRA-VER-05-0279 PMAS 0617, in questo documento viene riportata una analisi delle forze di impatto agenti sul velivolo FTB 1 ottenuta a partire dall'analisi delle accelerazioni misurate sul modello in scala 1:4 durante la campagna di prove effettuara presso l'INSEAN, come da precedente rapporto INSEAN 2005-013. L'attività si compone di due fasi distinte. In una prima fase viene effettuata la ricostruzione della dinamica del moto a partire dalle accelerazioni misurate nel sistema di riferimento solidale al modello. Questa fase risulta di particolare importanza per la ricostruzione della configurazione assunta dal modello nei vari istanti del processo di impatto, cosa necessaria per la corretta valutazione della storia temporale delle accelerazioni nel sistema di riferimento fisso. In un secondo momento, a partire dalla storia delle accelerazioni nel sistema fisso, vengono ricavate le forze ed i momenti globali agenti sul modello. Come discusso nel precedente rapporto INSEAN 2005-013, la fase di ricostruzione del moto a partire dalle accelerazioni nel sistema fisso risulta essere estremamente difficoltosa a causa del forte malcondizionamento del problema. A questo proposito, parallelamente alla ricostruzione del moto a partire dalle accelerazioni, viene effettuata una analisi di immagine a partire dai filmati volta a valutare la storia temporale dell'angolo formato dal sistema di riferimento locale rispetto al piano verticale del sistema fisso. Il confronto tra le due ricostruzioni del moto consente di avere un'idea più precisa dell'affidabilità della stima effettuata.

In questo rapporto sono riportati i risultati relativi alla previsione teorico/numerica dei carichi generati al primo impatto e della dinamica di ammaraggio nel suo complesso per il velivolo FTB_1, come da capitolato CIRA-CF-04-0655 e da corrispondente offerta INSEAN (Prot. 193 del 26 gennaio 2005). Il rapporto è articolato in quattro sezioni. La prima è dedicata alla previsione teorica dei massimi carichi che si possono manifestare nelle prime fasi dell'impatto. Nella seconda sezione viene presentato un modello teorico/numerico semplificato per lo studio della dinamica di impatto del velivolo. Il modello è utilizzato per la previsione dell'immersione massima raggiunta, dell'assetto del velivolo in fase di fuoriuscita e ricaduta e della velocità di impatto sulle superfici alari. Infine, nella terza sezione, viene condotta una analisi volta a determinare la configurazione di equilibrio al galleggiamento raggiunta alla fine del processo di impatto, anche in conseguenza del riempimento dei vani allagabili. Le attività presentate in questo rapporto costituiscono il complesso delle attività previste per la Milestone #1, come da verbale Prot. CIRA-VER-05-0043, del 15 febbraio 2005. Sulla base di quanto riportato nel verbale suddetto, le simulazioni e le previsioni di seguito riportate si riferiscono alla condizione di impatto verticale, velocità di impatto 7 m/s, e massa all'impatto 1125 kg.