Development of electric-driven cryogenic pump for upper stage hybrid rockets
Yüksek kademe karma roketler için elektrik tahrikli kriyojenik pompa geliştirmesi
- Tez No: 640148
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSTAFA ARİF KARABEYOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 104
Özet
Yanıcı veya yakıcı maddelerinden en az birini sıvı fazda barındıran bir roket itki sisteminin performansı, yakıt besleme sistemi performansına bağlıdır. Yakıt besleme sistemi, sıvı fazdaki yakıtı istenen basınç ve debi değerlerinde yanma odasına iletmelidir. Yakıt besleme sistemi, basınçlandırma mekanizması olarak yüksek basınçlı soğuk gaz veya pompa kullanır. İlk metot, yakıt tankları da dahil olmak üzere tüm besleme sistemini enjektör basıncına getirmeyi gerektirir. İkincisi ise besleme sisteminin küçük bir kısmını enjektör basıncına getirse de pompayı sürmek için bir mekanik güç kaynağı gerektirmektedir. Yüksek itki ve güç gereksinimi olan sistemlerde pompa sistemi kullanılırken göreceli olarak düşük itkili ve daha az karmaşık sistemlerde soğuk gaz basınçlandırması kullanılmaktadır. Bunun sebebi, şimdiye kadar sadece türbin sistemlerinin yüksek performanslı pompaları sürmek için yetkin sistemler olması ve bunun karmaşıklık ve maliyet bakımından düşük itki sistemleri için uygun bulunmaması olmuştur. Uzay sektörünün mikro uydu uygulamalarına yönelmesi, bu uyduları fırlatacak daha düşük itki seviyeli fırlatma araçlarının geliştirmesinin daha fazla ilgi görmesine neden olmaktadır. Soğuk gaz basınçlandırma sistemlerinin ağırlık dezavantajı, turbopompaların karmaşıklığı, geliştirme süresi ve maliyeti, ve güç elektronikleri, pil ve elektrik motoru teknolojilerindeki gelişmeler, elektrikli pompa sistemlerinin uygunluğu hakkındaki soruları gündeme getirmiştir. Bu tezin amacı, üst kademe karma roketlerde elektrikli pompa tasarımı ve geliştirmesi yolu ile tasarlanan sistemin, soğuk gaz basınçlandırması yöntemine göre avantajlarını göstermektir. Bunun için sistem gereksinimlerinden yola çıkarak bir pompanın hidrolik ve mekanik tasarımı yapılmış ve pompanın performansı hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri ile irdelenmiştir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği modeli gerçek bir sistem üzerinde test yöntemi ile doğrulanmıştır. Sonrasında, biri elektrikli pompa kullanan diğeri ise soğuk gaz basınçlandırması kullanan iki ayrı karma roket itki sistemi tasarlanmıştır. Sistem seviyesinde bu iki sistemin performansı farklı operasyonel parametreler düzeyinde incelenmiş ve bu tezin argümanına destekleyici bir kanıt olarak sonuçlar sunulmuştur. Bu tezin sonucunda, elektrikli pompaların üst kademe karma roket itki sistemleri için oldukça faydalı bir çözüm olduğu belirtilmiştir.
Özet (Çeviri)
The performance of a rocket propulsion system utilizing liquid propellants depends on the propellant feed system (PFS) performance and capability. A PFS must be able to deliver the propellant at the desired flow rate and pressure into the combustion chamber. The most commonly used mechanisms for PFS consist of pressurization by a cold gas or pressurization by a pump. The first method requires pressurizing the entire feed system including propellant tanks to its delivery pressure while the second one pressurizes only a small portion of the feed line but requires a mechanical power source. These two methods have been used widely where pumps are employed on high thrust and power applications while cold gas pressurization is employed on relatively small and less sophisticated systems. The reason for this is that only capable power sources for high-performance pumps were turbines and this approach was not viable for lower thrust level systems due to its complexity and cost. As the space industry leans towards micro-satellites, the development of launch vehicles in this class is gaining more attention. Weight disadvantage of pressure-fed systems, complexity, development cost and time of turbopump systems and emerging power electronics, battery, and electric motor technologies arouse the question of the viability of electric driven pumps on micro-satellite level propulsion systems. This study is aimed to show the advantages of electric pump utilization over cold gas pressurization in hybrid rockets through an electric pump development process. For this, a hydraulic and mechanical design is made from a set of system requirements and the performance of this pump is assessed by means of CFD analysis. The CFD model is validated by pump tests. Then two separate hybrid rocket propulsion systems are designed, one of which employs electric pump and the other is pressure-fed. A system-level comparison of performance on different operational parameters, concluding high fidelity evidence for the thesis argument. Final results show that electric pumps are quite beneficial for upper stage hybrid rocket propulsion systems.
Benzer Tezler
- Elektrikli ulaşım sistemlerinin incelenmesi
A Survey on electric driven transport system
ALİ EROL
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiElektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İSMAİL TEMİZ
- Hibrit bir yol süpürme aracının modellenmesi ve analizi
Modeling and analysis of a hybrid street sweeper vehicle
GÖKHAN CANBOLAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
EnerjiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALİT YAŞAR
- Hibrit araçların bileşenlerinin tasarımı, modellenmesi ve güç yönetim stratejisinin belirlenmesi
Design, modeling and determination of power management strategy of hybrid vehicle components
MURAT FERHAT DOĞDU
Doktora
Türkçe
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSKENDER ATİLLA REYHANCAN
- Development of electric powertrain selection algorithm for electric vehicles
Elektrikli araçlarda güç grubu seçim algoritması geliştirilmesi
METEHAN ŞAHİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR ÜSTÜN
- Elektrikle tahrik edilen gemi modelinin geliştirilmesi
Development of the electric ship propulsion model
MEHMET ERDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR ÜSTÜN