Geri Dön

Bir ses altı roketin uçuş simülasyonuna aerodinamik karakteristiklerinin etkisinin nümerik araştırılması

Numerical investigation of the effect of aerodynamic characteristics on flight simulation of a subsonic rocket

PDF İndir

  1. Tez No: 939856
  2. Yazar: AHMET FURKAN ÖZKAN
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ YUSUF IŞIKER
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Harran Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 136

Özet

Son yıllarda sivil ve askeri alanlarda roket tasarımlarının kullanımı giderek artmıştır. Bu alandaki çalışmalar, uçuş performansını artırmak ve kontrol edilebilirliği geliştirmek amacıyla daha etkin tasarım yöntemlerine odaklanmıştır. Roket tasarımlarında uçuş süresi, kritik bir parametre olarak öne çıkmaktadır. Bu parametre ise büyük ölçüde aracın aerodinamik performansına bağlıdır. Aerodinamik performansı belirleyen en önemli unsurlar ise burun konisi ve kanatçık tasarımlarıdır. Bu bileşenlerin uygun şekilde tasarlanması, roketin stabilitesini ve manevra kabiliyetini doğrudan etkilemektedir. Ayrıca, roketin uçuş performansı üzerinde hız ve atak açısının etkisi oldukça büyüktür. Artan hız ve atak açısı, aerodinamik parametrelerde önemli değişimlere neden olmakta, bu da roketin kontrol edilebilirliğini zorlaştırmaktadır. Bu çalışmada, model roket tasarımına yönelik iki aşamalı bir yöntem benimsenmiştir. İlk aşamada, OpenRocket yazılımı kullanılarak bir roket modeli oluşturulmuş ve Barrowman yöntemi temel alınarak aerodinamik performans analizi yapılmıştır. Bu analiz kapsamında, belirli bir hız ve atak açısı için roketin kaldırma katsayısı (Cl ), moment katsayısı (Cm) ve sürükleme katsayısı (Cd ) değerleri hesaplanmıştır. Elde edilen veriler doğrultusunda, modelin üç boyutlu tasarımı CAD ortamında gerçekleştirilmiştir. İkinci aşamada ise açık kaynak kodlu bir sürekli ortamlar mekaniği simülasyon programı olan OpenFOAM kullanılarak roketin aerodinamk performansı hesaplanmıştır. Simülasyonlar 200, 250 ve 303 m/s akış hızlarında, 0° ve 10° atak açılarında gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, OpenRocket yazılımında yapılan simülasyonlarda 254 m/s hız ve 0° atak açısı dikkate alınarak aerodinamik parametreler incelenmiş, elde edilen sonuçlar OpenFOAM verileri ile karşılaştırılmıştır. Analiz sonuçları, hızın ve atak açısının artışıyla birlikte roketin aerodinamik parametrelerinde önemli değişimler yaşandığını ortaya koymuştur. Özellikle hızın artması, sürükleme kuvvetinde önemli bir artışa neden olmuş ve bu durum, roketin kontrol edilebilirliğini zorlaştırmıştır. Benzer şekilde, atak açısındaki artış, kaldırma ve moment katsayılarında dengesizliklere yol açarak uçuş stabilitesini olumsuz yönde etkilemiştir. Çalışmanın sonunda, farklı hız ve atak açılarına uygun tasarımların geliştirilmesi gerektiği ve bu tasarımların üretim aşamasına geçmeden önce kapsamlı sayısal testlerden geçirilmesinin önem taşıdığı gözlemlenmiştir. Bu araştırma, model roket tasarımı alanında sistematik bir yaklaşım sunarak, aerodinamik performansın artırılmasına yönelik tasarım süreçlerine katkı sağlamayı amaçlamaktadır.

Özet (Çeviri)

In recent years, the use of rocket designs in civil and military fields has increased gradually. Studies in this field have focussed on more efficient design methods to improve flight performance and controllability. Flight time is a critical parameter in rocket designs. This parameter is largely dependent on the aerodynamic performance of the vehicle. The most important elements that determine aerodynamic performance are nose cone and fin designs. The proper design of these components directly affects the stability and manoeuvrability of the rocket. In addition, speed and angle of attack have a significant effect on the flight performance of the rocket. Increasing speed and angle of attack cause significant changes in aerodynamic parameters, which makes the controllability of the rocket difficult. In this study, a two-stage method is adopted for model rocket design. In the first stage, a rocket model was created using OpenRocket software and aerodynamic performance analysis was performed based on the Barrowman method. Within the scope of this analysis, the lift coefficient (Cl), moment coefficient (Cm) and drag coefficient (Cd) values of the rocket were calculated for a given speed and angle of attack. Based on the data obtained, the three-dimensional design of the model was realised in CAD environment. In the second stage, the aerodynamic performance of the rocket was calculated by using OpenFOAM, an open source continuous environment mechanics simulation programme. Simulations were carried out at flow velocities of 200, 250 and 303 m/s and angles of attack of 0° and 10°. In addition, the aerodynamic parameters were analysed by considering 254 m/s velocity and 0° angle of attack in the simulations performed in OpenRocket software, and the results obtained were compared with OpenFOAM data. The results of the analyses show that there are significant changes in the aerodynamic parameters of the rocket with the increase in speed and angle of attack. In particular, the increase in velocity caused a significant increase in the drag force, which made the controllability of the rocket difficult. Similarly, the increase in the angle of attack caused instabilities in the lift and moment coefficients, which adversely affected the flight stability. At the end of the study, it was observed that designs suitable for different speeds and angles of attack should be developed and that it is important to subject these designs to extensive numerical tests before proceeding to the production phase. This research aims to contribute to the design processes for improving aerodynamic performance by providing a systematic approach in the field of model rocket design.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    75159

    Aerodynamics of cross-flow with side jets

    Yan jetli çapraz akışkanın aerodinamiği

    FATİH GÜNEŞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1998

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İ. BEDİ ÖZDEMİR

  2. Tez No

    496424

    A numerical study on the interaction of flow and combustion in solid propellant rocket motors

    Katı yakıtlı roket motorlarında akış yanma etkileşimi üzerine sayısal bir çalışma

    MEHMET ÖZER HAVLUCU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KADİR KIRKKÖPRÜ

  3. Tez No

    75234

    Supersonic jet-wall interactions in model rocket launchers

    Model roket fırlatıcılarında ses üstü jet-duvar etkileşimi

    METİN UÇAK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1998

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İ. BEDRİ ÖZDEMİR

  4. Tez No

    290445

    Bir ses altı rüzgar tünelinin performansının ve bazı modeller üzerindeki akışın deneysel ve bilgisayar destekli analizi

    Experimental and computer aided analyses of a subsonic wind tunnel performance and flow over some models

    BARIŞ ÖNEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    Makine MühendisliğiKocaeli Üniversitesi

    Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ALİ ÇINAR

  5. Tez No

    856639

    Farklı rakımlarda ses üstü ve altı fişeklerin kademeli ses bastırıcı sistem performansına etkisi

    The effect of supersound and sub-sound cartridges on steady sound suppression system performance at different altunations

    HATİCE İŞCAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Acil TıpHitit Üniversitesi

    Adli Bilimler Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ARZU COMBA

Geri Dön