Novel manufacturing method for large scale and energetic material containing paraffin- based hybrid rocket fuel grains
Başlık çevirisi mevcut değil.
- Tez No: 823799
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSTAFA ARİF KARABEYOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Savunma ve Savunma Teknolojileri, Mechanical Engineering, Polymer Science and Technology, Defense and Defense Technologies
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 69
Özet
İtki sistemi tasarımları görevin isterlerine göre şekillendirilmektedir. Fırlatma roketleri ve sonda roketleri yüksek itki elde etmeyi gerektirir. Bu durum yakıt ve oksitleyicinin yüksek debilerde reaksiyona sokulması ile mümkündür. Maliyet, güvenlik, operasyon kolaylığının yanı sıra yüksek yanma hızı ve rekabetçi özgül darbe değeri, parafin bazlı hibrit yakıtları fırlatma sistemleri ve sonda roketleri için oldukça güçlü bir adaydır. Parafin bazlı yakıt çekirdeği üretimi santrifüj yöntemi ya da direkt döküm yöntemi ile gerçekleştirilmektedir. Yakıt eriyiğinin içeriği farklı üretim yöntemi tercihine sebep olabilir. Örneğin özkütle farklılıkları sebebiyle metalik katkıya sahip bir yakıt çekirdeğinin üretimi faz ayrımı sebepli santrifüj yöntemi ile gerçekleştirilemeyeceğinden direkt döküm yöntemi ile üretilir. Ancak direkt döküm yöntemi yakıt çekirdeğinin ölçü toleranslarında sapmalara ve mekanik özelliklerin çok ciddi anlamda düşüşüne sebep olur. Bu tezin amacı, klasik santrifüj ve direkt yakıt döküm yöntemine alternatif, kendine has avantajları olan yeni bir yakıt yöntemi geliştirmek, mekanik özellikleri etkileyen üretim parametrelerin belirlenmesi, mekanik özellikleri etkileyen mikro mekanizmaların belirlenmesi ve yeni üretim yönteminin avantaj sağlayacağı spesifik durumların ortaya konulmasıdır. Geliştirilmiş olan yöntemde yakıt formülasyonu sıvı formda hazırlanıp elde edildikten sonra bir nozül vasıtasıyla asal gaz dolu bir reaktöre püskürtülerek mikron boyutta toza dönüştürülür. Elde edilen bu toz hedeflenen yakıt çekirdeği formunda üretilmiş olan kalıba doldurularak tek eksenli bir hidrolik ile sıkıştırılır ve yekpare yakıt çekirdeği elde edilir. Bu kapsamda tez çalışması süresince 500 kg'dan fazla hibrit roket yakıt tozu üretilmiş, 8'den fazla farklı kalıp tasarımı değerlendirilmiş, mekanik ve yanma karakteristiğinin araştırılması adına 400'den fazla numune üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen yakıt çekirdeklerinden çekme testi numuneleri alınmış, mekanik özellikleri ve kırılım yüzeyleri elektron mikroskobu ile incelenmiştir. Son olarak farklı formülasyonlardan hazırlanmış yakıt çekirdekleri uygun hibrit roket motorları ile test edilmiştir. Testler sonucu, yeni yakıt üretim yöntemi özellikle yakıt eriyiği ile arasında yüksek özkütle farklılığı olan metal katkıların yakıt çekirdeğine homojen bir şekilde eklenmesine imkân verdiği ve düşük sıcaklıklarda proses edilmesi gereken katkıların da bu yöntem sayesinde yakıt olarak kullanılabileceği gözlemlenmiştir. Ek olarak, yeni bir parafin-bazlı yakıt katkısı bu tezde sunulmuştur. Bahsi geçen köpürtme ajanı baz yakıt formülasyonunun yanma hızını 50g/cm2s oksitleyici akısında %178 oranında arttırmıştır.
Özet (Çeviri)
The propulsion system designs are tailored according to the mission's requirements. Launching and sounding rockets demand high thrust, a condition feasible through the interaction of propellant and oxidizer at high flow rates. In addition to cost, safety, and operational ease considerations, high regression rate and competitive specific impulse make paraffin-based hybrid fuels a robust candidate for both launching and sounding rockets. Centrifugal and direct casting are the standard methods to manufacture paraffin-based fuel grains. The fuel melt's composition may influence the preference for a specific production method. For instance, metallic additives in the demanded fuel formulation make the centrifugal casting method unsuitable due to phase separation between polymeric melt and metallic powder induced by density differences. It makes the direct casting method the only option. However, the direct casting method introduces deviations in the fuel grain's dimensional tolerances. It leads to a substantial reduction in both mechanical properties and density due to exposed micro defects while the melt solidifies. This thesis aims to develop a novel fuel grain manufacturing method with distinctive advantages over classical centrifuge and direct fuel casting techniques. Additionally, it seeks to determine production parameters affecting mechanical properties, identify micro-mechanisms impacting mechanical characteristics, and elucidate specific scenarios wherein the new production method offers favorable outcomes. The fuel formulation is prepared and obtained in a liquid state in the advanced method. It is subsequently transformed into micron-sized particles by spraying into a reactor filled with inert gas through a nozzle. The resulting particles are then placed into molds designed to achieve the desired fuel grain shape and compressed using a uniaxial hydraulic system to obtain a homogeneous solid fuel grain. Within this framework, the thesis study involved the production of over 500 kg of hybrid rocket fuel powder, evaluating more than eight distinct mold designs, and the generation of over 400 samples for the investigation of mechanical and combustion characteristics. Tensile test specimens were extracted from the produced fuel cores, and their mechanical properties and fracture surfaces were examined using an electron microscope. Finally, fuel cores prepared from different formulations tested with appropriate hybrid rocket motors. The test results demonstrate that the new fuel production method facilitates the homogeneous incorporation of metallic additives characterized by a high-density difference into the fuel melt, enabling the utilization of additives requiring processing at low temperatures as fuel. Furthermore, a new additive is proposed for paraffin-based hybrid rocket fuels. The proposed additive, blowing agent, enhance the fuel regression rate up to %178 at 60 g/cm2s oxidizer flux compared to the base fuel formula's regression rate.
Benzer Tezler
- Lityum iyon piller için yazdırılabilir NMC katot mürekkeplerinin sentezi
Synthesis of printable NMC cathodes for lithium ion batteries
FATMA SENA TUNCA
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
EnerjiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MAHMUD TOKUR
- Development of a novel method to obtain complex shaped magnetic structures for additive manufacturing
Eklemeli imalat yöntemiyle kullanılabilecek kompleks formdaki manyetik yapıların elde edilmesi için özgün metod geliştirilmesi
ONUR ZIRHLI
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Metalurji MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İBRAHİM BURÇ MISIRLIOĞLU
DOÇ. DR. OZAN AKDOĞAN
- Particle based topology optimization methods foradditive manufacturing technologies
Eklemeli imalat teknolojileri için parçacık tabanlı topoloji optimizasyon yöntemleri
ABDULLAH KENDİBİLİR
Doktora
İngilizce
2024
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiSabancı ÜniversitesiÜretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADNAN KEFAL
- 48 oluklu asenkron makinelerde uzay harmoniklerinin etkilerinin azaltılması ve işletme başarımının tespiti
Reducing of space harmonics effects and determination of operational success in 48 slotted induction machines
OĞUZ KAAN ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. DERYA AHMET KOCABAŞ
- Graphene based materials obtained from graphite and polyacrylonitrile based carbon fiber for energy storage and conversion systems
Enerji depolama ve dönüşüm sistemleri için grafit ve poliakrilonitril esaslı karbon fiberden grafen tabanlı malzemelerin üretilmesi
MEHMET GİRAY ERSÖZOĞLU
Doktora
İngilizce
2022
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
PROF. DR. YÜCEL ŞAHİN