Analysis of grain burnback and internal flow in solid propellant rocket motors in 3-dimensions
Katı yakıtlı roket motorlarında 3-boyutlu yanma gerilemesi ve motor iç akış incelemesi
- Tez No: 199230
- Danışmanlar: PROF. DR. HALUK AKSEL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Savunma ve Savunma Teknolojileri, Mechanical Engineering, Defense and Defense Technologies
- Anahtar Kelimeler: Katı Yakıt, Yakıt Çekirdeği, Yanma Gerilemesi Analizi, İçBalistik, Level-Set Yöntemi, Hiperbolik Korunum Kuralı, Solid Propellant, Grain, Grain Burnback Analysis, Internal Ballistic, Level-Set Method, Hyperbolic Conservation Law
- Yıl: 2007
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 227
Özet
Roket tasarımının ilk adımı uçuş ile ilgili görev gereksinimlerininbelirlenmesi ile başlar. Görev gereksinimlerine göre motordan istenen itki-zamanihtiyacı çıkartılır. Bu ihtiyacı karşılayacak uygun motor basıncının bulunması ile içbalistik incelemeleri bu noktada başlamış olur. Yakıt kompozisyonu, lüle geometrisive yakıt çekirdeği geometrisi, uygun motor basıncının bulunması için belirlenir.Ancak bu iş için de motor basıncı gerekli olduğu için, söz konusu belirleme deneme-yanılma (iterasyon) yoluyla yapılır.Yukarda belirtildiği gibi roket motorunun basıncının bulunabilmesi için yakıtçekirdeği geometrisinin belirlenmesi gerekmektedir, çünkü motor iç basıncı yakıtçekirdeğinin yanma alanına bağlıdır. Katı yakıt yandıkça şekli değişir, dolayısıylayanma alanı da değişir. Bu nedenle motor basınç-zaman tahmininnin yapılabilmesiiçin yanma alanının her bir yanma adımı için bilinmesi gerekmektedir. Her bir yanmaadımına karşılık gelen yanma alanının bulunması için yapılan incelemeye ?yanmagerilemesi incelemesi? denir.Bu tezde ?Initial Value Problem of Level-Set Method? yanma gerilemesi içinkatı yakıt yanmasına uygulanmıştır. İlk Level-Set değerleri bu çalışmada geliştirilenbir yöntemle hesaplanmıştır. Level-Set yönteminde ?upwinding? sayısal yöntemkullanılmış ve küp elemanlardan oluşan çözüm ağı için ?Eikonal? tip denklemlerçözülmüştür. Bu yöntem ile sadece 1-Boyutlu veya 2-Boyutlu geleneksel yakıtçekirdek geometrileri değil, aynı zamanda 3-Boyutlu geleneksel olmayan yakıtçekirdek geometrileri de incelenmiş ve her tür yakıt çekirdek geometri incelemsi içingenel bir bilgisayar programı geliştirilmiştir.Roket motoru başarım benzetimleri için, yakıt çekirdeği tipine göre, öncedengeliştirilmiş 0-Boyutlu, 1-Boyutlu ve 3-Boyutlu motor iç akış modellerikullanılmıştır. Üç boyutlu motor iç akışı için sınırdaki küp elemanlar Exact Cut-Cellyöntemi ile kesilmiş, tetrahedralardan oluşan çözüm ağı ücretsiz yüklenebilen biryazılımla oluşturulmuştur.
Özet (Çeviri)
First part of the design process of the rocket is the determination of the flight-mission requirements. After that, thrust-time curve is prepared according to theserequirements. At this point, internal ballistic calculations are performed to estimatechamber pressure of the rocket motor. Composition of the propellant, grain geometryand nozzle geometry are so adjusted that desired chamber pressure of the motor isachieved. However, these parameters depend on chamber pressure itself. Therefore,an iterative procedure is applied.As explained above, grain geometry should be known to simulate pressure-time history of the rocket motor, because, burning area of the grain depends on graingeometry of the propellant. Grain geometry changes as solid propellant burns. Thischange causes a change in burning area of the solid propellant. For this reason,burning area of the solid grain should be known at each burning steps to predictpressure-time history of the rocket motor. The analysis for determination of theburning area is called ?grain burnback analysis?.In this thesis, Initial Value Problem of Level-Set Method is applied to solidpropellant combustion to find the grain burnback. Initial Level-Set values for eachnode of the elements are computed by using an algorithm developed in this study.Level-Set method is used numerically by using upwinding numerical scheme and theEikonal type equations are solved for the domain which consists of cube typeelements. By using this method, not only 1-D or 2-D conventional grains, but alsounconventional 3-D grains are analyzed and a universal grain burnback code for allkinds of solid propellant grain is developed.For the performance prediction of the rocket motor, 0-D, 1-D and 3-D pre-developed flow models are used depending on types of the grain configuration. For3-D internal flow of the solid propellant rocket motor, cube elements at the boundaryof the interface are cut according to Exact Cut-Cell Method and tetrahedral grids aregenerated by using a free-downloadable software.
Benzer Tezler
- Numerical burnback analysis of three dimensional solid propellant grains
Üç boyutlu katı yakıt çekirdeklerinin sayısal geriye yanma analizi
YUSUF ATA
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. DİLEK FUNDA KURTULUŞ
- Erozif yanmanın katı yakıcı-yakıtlı roket motoru performansına etkisinin incelenmesi
A Study of effect of erosive burning to solid propellant rocket motor performance
VELİ ÇELİK
- Ballistic design optimization of three-dimensional grains using genetic algorithms
Üç-boyutlu yakıt çekirdeklerinin genetik algoritmalar ile balistik tasarım optimizasyonu
OSMAN YÜCEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. HALUK AKSEL
- Grain burnback analysis in the design of a solid propelland rocket engine
Katı yakıtlı roket motor tasarımında yanma gerilemesi analizi
M.CENGİZHAN YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK AKSEL
- Analysis of 3-D grain burnback of solid propellant rocket motors and verification with rocket motor tests
Katı yakıtlı roket motoru yakıt geometrilerinin 3 boyutlu yanma gerilemesi analizinin yapılması ve roket motoru denemeleri ile doğrulanması
GÖKAY PÜSKÜLCÜ
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. ABDULLAH ULAŞ
