Hibrit yakıtlı roket motoru ateşleme ve test düzeneği tasarımı ve üretimi
Design and production of hybrid rocket engine testing system
- Tez No: 557852
- Danışmanlar: PROF. DR. OSMAN ERGÜVEN VATANDAŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Milli Savunma Üniversitesi
- Enstitü: Hezarfen Havacılık ve Uzay Teknolojileri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 201
Özet
Günümüzde elde edilebilir ve kontrol edilebilir en büyük güç vasıtalarından biri olan roketler insanoğlunun uzaya ulaşmasındaki yegâne araçtır. Bu kapsamda üretilen itki sistemlerinden, kimyasal roketler sınıfına giren hibrit roket motorları diğer motorlara göre daha az araştırılmıştır. Sistem yapısı ve içeriğinde kullanılan yakıt ve oksitleyici türlerine bakıldığında daha emniyetli ve ucuz sayılabilecek özelliklere sahip olmasına rağmen, yüksek kapasiteli uzay taşıyıcılarına temel oluşturabilecek yüksek itki seviyesine ulaşılamamıştır. Düşük yanma hızının arttırılması, motor içi yanma kararsızlığının azaltılması ve yakıt ailesinin çeşitlendirilmesi gibi, verimsiz olduğu konuların araştırılması ile gelecekte yapılacak uzay araştırmalarında ve yüksek güç ihtiyaçlarına sahip sistemlerde tercih sebebi olmaya başlayacaktır. Büyük ölçekli çalışmaların altyapısını oluşturan temel değişkenlerin belirlenmesi için küçük ölçekli ve düşük bütçeli motorlardan elde edilen veriler çok önemlidir. Üniversite seviyesi temel eğitim yardımcısı görevi de gören bu tur motorlar, oluşturulan teorilerin denendiği sistemlerdir. Bu motorlar üzerinden elde edilen verilerin ışığında büyük ölçekli motorların daha maliyet etkin şekilde üretilebilmesine olanak sağlanmaktadır. Bu tez çalışmasında Hava Harp Okulu bünyesinde, laboratuvar şartlarında kullanılabilecek eksenel akışlı hibrit roket test düzeneği kurulmuştur. Tez içeriğinde hibrit roket motoruna esas teşkil eden teorik hesaplamalar ve test düzeneği tasarım yöntemleri açıklanmıştır. Disiplinler arası tasarıma ihtiyaç duyan test düzeneği maliyet ve üretim teknikleri kısıtlarına rağmen geniş yelpazede motorların testine imkân verecek şekilde tasarlanmaya çalışılmıştır. Kolay temin edilebilirlik, işleme kolaylığı, yüksek performanslı motorlarda kullanılan yakıtlara benzer performans göstermesi sebebi ile yakıt çekirdeği olarak PMMA ve oksitleyici olarak oksijen tercih edilmiştir. Oksijen gibi tehlikeli gazlar ile çalışan sistem tasarımının nelere dikkat edilerek yapılması gerektiği ayrıntılı olarak açıklanmaya çalışılmıştır. Test düzeneği üzerinde eksenel akışlı tek yakıt çekirdekli hibrit roket motorunun test edilmesini sağlayacak tasarım gerçekleştirilmiştir. Sistem üzerine yerleştirilen veri toplama sistemi sayesinde motor içeresine gönderilen akışkanın basınç ve sıcaklıkları belirlenerek özellikleri belirlenmeye çalışılmıştır. Test düzeneği üzerinde bulunan yük ölçüm sistemi kullanılarak, hibrit yakıtlı motor test edilebileceği gibi küçük çaplı kati yakıt motorlarının ürettiği itkide ölçülebilmektedir. Hibrit motor test sistemini oluşturan gaz besleme, ateşleme ve veri toplama sistemi içerisinde bulunması gereken parçalar bütçe sınırlaması sebebi ile üretilebilirdik ve piyasadan temin edilebilirlik açılarından incelenmiştir. Yapılan hesaplara göre temin edilmesi gereken rafta hazır veya hammadde olarak satın alınarak ürettirilebilecek malzemeler tez içeriğinde verilmiştir. Test düzeneğini çalıştıran elektronik devre şemaları, kontrol, veri toplama, veri analiz yazılımları ve hata analizi konuları; üretim süreci ve dikkat edilmesi gereken yönlerinden bahsedilerek tez içerisinde verilmiştir. Kurulan sistem ülkemizde üzerinden veri alınabilen ve bilimsel araştırma yapılmasını sağlayan sayılı hibrit roket motoru test düzeneklerinden biridir. Bu tezde üretilen tüm sistemin kavramsal ve detaylı tasarımı yapılmıştır. Bazı üretim kısıtları, maddi sınırlamalar ve yurt içi ve dışından teminde karşılaşılan zorluklar sebebi ile belirli seviyede sınırlanmıştır. Mevcut test düzeneği roket motorlarının testine imkân vermesine ek olarak öğrencilere ölçme tekniği, akışkanlar mekaniği, veri toplama sistemi ve kontrol sistemi konularının deneyler yardımı ile anlatılmasına imkân verebilecek üniversite seviyesi temel eğitim yardımcısıdır. Bu kapsamada okul içerisinde disiplinler arası çalışmanın gösterildiği sayılı deney düzeneklerinden biri olarak yerini almıştır.
Özet (Çeviri)
Rockets are the most powerful tool that is available and controllable for reaching space. Hybrid rocket engines, which are subject of the chemical rockets used in space race, are less researched than other engines. Although the fuel and oxidizer types used in the system structure and content are considered to be safer and cheaper, they cannot reach the high thrust level which can used for high capacity space carriers. As a result of increasing the low regression rates, decreasing the combustion instabilities and investigation of the fuel family, it will be preferred in future researches with high power needs. The data obtained from small scale and low cost engines are very important in order to determine the main variables that constitute the infrastructure of the large scale studies. These engines, which are the university level basic education assistant, are the systems where the theories are tried for experimental studies. The data obtained from these motors allow the production of large scale motors in a more cost-effective manner. In this thesis, a lab-scale hybrid rocket test equipment which can be used in school has been constituted. In the context of the thesis, theoretical performance calculations and experimental design methods of hybrid rocket engine are explained. The multidisciplinary test stand needs to be designed to allow testing of a wide range of engines, despite the limitations in cost and production techniques. Due to its easy availability, machinability, and similarity to materials those used in high-performance engines, PMMA as propellant and gas oxygen as oxidizer have been preferred. the system designs which used dangerous gases such as oxygen has been tried to explain in detail. Test equipment is designed to examine axial flow hybrid motor with a single injector. The pressure and temperatures of the oxidizer sent to the engine can measure by using data acquisition system placed on the system . This measurements are important for determining the characteristics of oxidizer. By using the load measuring system installed on the system, We can test not only the hybrid fuel engines but also small scaled solid rocket engines. In this thesis Hybrid rocket engine, which is composed of main oxidizer system, ignition system and data acquisition system, are examined from commercial availability or manufacturability of components. According to the calculations,commercially available parts or raw materials that should be provided for producing test equipment, are given in the appendix of thesis. Electronic circuit system schemes, control, data acquisition and data analysis software and error analysis of the test results are specified as important points to take into consideration. This topics examined widely and problems that occurs when producing the test equipment explained in sections. Produced test system is one of the number of hybrid rocket engine test assemblies in Turkey that can be used for data collection and scientific research. The conceptual and detailed design of the whole system is made in this thesis. test system has limited because of some production constraints, limited budget, and difficulties of availability of products in domestic and abroad. In addition to the ability of testing the rocket engines, the existing test unit is the university level basic education device that can be used to explain fluid mechanics, data acquisition system and control system to students. Within this scope, it has taken its place as one of the experimental device that is produced by the as a result of interdisciplinary studies in Turkish Air Force Academy.
Benzer Tezler
- Hibrit yakıtlı roket motoru ateşleme/test düzeneği tasarımı
Hybrid rocket engine test facility design
ALİ EMRE SAMUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Havacılık MühendisliğiHava Harp Okulu KomutanlığıHavacılık Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDURRAHMAN HACIOĞLU
YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA ARİF KARABEYOĞLU
- Performance enhancing additives for hybrid rockets
Hibrit roketler için performans arttırıcı katkı malzemeleri
HAKKI KARAKAŞ
Doktora
İngilizce
2023
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM OZKOL
DOÇ. DR. MUSTAFA ARİF KARABEYOĞLU
- Sıvı yakıtlı roket motorları için itki kontrolörü tasarımı
Thrust controller design for liquid propellant rocket engines
KAMİL YEKTA US
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLHAN KOCAARSLAN
- Design, analysis and testing of cryogenic centrifugal pump for hybrid rocket applications
Hibrit roketlerde kullanılmak üzere santrifüj pompa tasarımı, analizi ve test edilmesi
BERKAY TERZİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ARİF KARABEYOĞLU
- Çok disiplinli yaklaşımla katı yakıtlı roket motoru yapısal dayanım ve iç balistik performans optimizasyonu
A multidisciplinary approach in optimization of a solid rocket motor for structural strength and internal ballistic performance
CEYHUN TOLA
Doktora
Türkçe
2017
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELİKE NİKBAY