The ablation performance of phenolic and carbon matrix composites under the free jet conditions of hybrid propellant rocket
Fenolik ve karbon matrisli kompozitlerin hibrit yakıtlı roket serbest jeti altındaki ablatif performansı
- Tez No: 850820
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSTAFA ARİF KARABEYOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- 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: 74
Özet
Yüksek sıcaklık dayanımı ve şok direnci gerektiren roket nozülü bölgelerinde yaygın olarak ablatif kompozit malzemeler tercih edilir. Hibrit roket uygulamalarında ise bu malzemeler doğrudan yakıt ve oksitleyicinin yanma reaksiyonu sonucu ortaya çıkan sıcak gaza maruz kalırlar. Laboratuvar ölçekli hibrit yakıtlı roket motorunun serbest jeti altında yapılacak olan ablasyon testleri, bu malzemelerin hibrit yakıtlı roket uygulamalarındaki uçuş benzeri bir simülasyonu olacaktır. Literatürdeki benzer koşullar göz önüne alındığında, silika ve karbon elyaf takviyeli Polimer Matrisli Kompozitler kısa süreli sıcak gaz maruziyetine dayanabiliyorken Karbon/Karbon gibi Seramik Matrisli Kompozitler ciddi bir ablasyona uğramadan dayanıklılık gösterebilirler. Bu çalışmada fenolik reçine esaslı kırpılmış ve iki boyutlu elyaf takviyeli Polimer Matris Kompozitler ile Karbon/Karbon Kompozitler, parafin yakıt ve gaz oksijen oksitleyici içerikli laboratuvar ölçekli hibrit roketin 7 saniye süreli sıcak yanma gazına maruz bırakılmıştır. Yanmadaki oksijen-yakıt oranının ablasyon performansı üzerindeki etkisini gözlemlemek için her numune tipi oksijen zengin ve yakıt zengin ateşleme koşullarında test edilmiştir. Kızılötesi pirometre aracılığıyla numunelerin test esnasındaki yüzey sıcakları ölçülmüştür, ek olarak numunelerin kütle kayıpları ile ablasyon süratleri hesaplanmıştır. Test sonuçlarına göre fenolik matrisli kompozitlerin ve Karbon/Karbon kompozitlerin fiber-matris ayrılması nedeniyle ablasyona uğramakta olduğu gözlemlenmiştir. 1500 °C ısıl işlem uygulanması sonrasında Karbon/Karbon numunelerin sıcak gaz maruziyetine karşı ablasyon direncinin arttığı görülmüştür. Hem fenolik matrisli kompozitler hem de Karbon/Karbon kompozitler açısından kırpılmış elyaf takviyeli numuneler, iki boyutlu elyaf takviyesinden daha yüksek ablasyon direnci sağlamıştır. Numune çeşitliliği sayesinde, kompozit malzemelerin hibrit yakıtlı roket uygulamalarındaki ablasyon mekanizmaları hakkında net bir anlayış sağlanmaktadır.
Özet (Çeviri)
Ablative composite materials are commonly preferred in rocket nozzle regions where high temperature durability and shock resistance are required. In hybrid rocket motor applications, these materials are exposed directly to the hot gas products formed by the combustion reaction of fuel and oxidizer. Accordingly, ablation testing under the free-jet of lab-scale hybrid rocket motor would be flight-like simulation for the application of these materials in hybrid propellant rockets. As observed in the literature; Polymer Matrix Composites (PMCs), reinforced with silica and carbon fibers, can withstand short-term exposure to hot gases of combustion, whereas Ceramic Matrix Composites (CMCs), as Carbon/Carbon (C/C), exhibit exceptional durability without significant recession in similar conditions. In this work, chopped and 2D fabric reinforced phenolic matrix PMCs, and C/Cs were tested under the hot exhaust of paraffin fuel and gaseous oxidizer-based lab-scale hybrid rocket for 7 sec. In order to observe the oxygen-to-fuel ratio (O/F) effect on the ablation performances, each sample was tested in both oxygen-rich and fuel-rich firing conditions. Surface temperatures of samples were measured by two-colour IR pyrometer, also ablation rates were determined from the mass loss of samples. Test results show that phenolic matrix and C/C composites are significantly ablated by fiber-matrix debonding. Heat treatment of C/C samples in 1500 °C increased the ablation resistance by enhancing fiber-matrix bonding against hot gas exposure. For both phenolic matrix and C/C composite samples, chopped fiber reinforced samples propose better ablation resistance than 2D reinforcement. The variety of samples provides clear understanding about the ablation mechanisms of composite materials, specifically in the hybrid rocket applications.
Benzer Tezler
- Diferansiye tiroid kanseri tanılı I-131 ablasyon tedavisi verilen hastalarda hastaya ve hastalığa ait faktörlerin ablasyon başarısı üzerine etkileri
Diferansiye tiroid kanseri tanılı I-131 ablasyon tedavisi verilen hastalarda hastaya ve hastalığa ait faktörlerin ablasyon başarısı üzerine etkileri
TARIK ŞENGÖZ
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2010
Radyoloji ve Nükleer TıpDokuz Eylül ÜniversitesiNükleer Tıp Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERKAN DEREBEK
- Mikrodalga ile kanser tedavisinde oluşan geriye doğru ısınma sorununa grafen tabanlı elektromanyetik çözüm ve istatistiksel analiz
Graphene based electromagnetic solution for backward heating problem appearing in microwave cancer ablation and statistical analysis
BURAK UZMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKTO Karatay ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HULUSİ AÇIKGÖZ
- Mikrodalga ablasyon sistem uygulamaları için mikroişlemci tabanlı sıcaklık sensörü ile RF prop tasarımı
RF probe design with microprocessor based temperature sensor for mi̇crowave ablation system application
CANER MURAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MERİH PALANDÖKEN
- A metric learning based system for retail product recognition and novel class discovery
Metrik öğrenme tabanlı ürün tanıma ve yeni ürün keşfetme sistemi
İBRAHİM ŞAMİL YALÇINER
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAZIM KEMAL EKENEL
- Osmanlıca el yazması belgeler için derin öğrenme tabanlı karakter tanıma yöntemi
Deep learning based character recognition method for Ottoman manuscript documents
ALİ ALPER DEMİR
Doktora
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ UFUK ÖZKAYA