İTKİ BİRİMİ

İtki biriminin temel amacı, hibrit roket motoru üretmektir. İtki birimi, motor tasarımı yaparken tasarlanmış olan roketin ağırlığına ve çıkacağı maksimum yüksekliğe göre istenilen itki kuvvetine ulaşmak için çalışır. İtki birimi; hibrit roket motorunun yapısal elemanlarının tasarımı, analizi, üretimi ve testlerinden sorumludur. Çok yüksek basınç ve sıcaklıklardaki kuvvetlere maruz kalacak olan motor iç yapısal elemanları için malzeme seçimi büyük önem taşır. Her yapısal eleman için statik ve dinamik analizler yapılır. Ayrıca motor içerisinde yanmayı sağlayacak olan yakıt ve oksitleyici de birimin üzerinde durduğu en önemli konulardan birisidir. Maksimum itkiye ulaşmak için yakıt ve oksitleyici üzerinde yanma denklemleri hesaplanır ek olarak oksitleyicinin yakıt etrafında homojen dağılması için çaba sarf edilir. Bu bağlamda doğru sonuca ulaşmak için birim üyelerinin diferansiyel denklemler, termodinamik, ısı transferi, akışkanlar mekaniği, organik kimya ve fiziko kimya gibi alanlarda bilgi sahibi olmak gerekir. Son olarak hibrit roket motoru hala gelişmekte olan bir sektör olduğu için tüm birim üyeleri bu alanda yapılmış çalışmalara (makale vb.) ulaşarak, kendi projemize katkı sağlaması için, bunları takım ile paylaşır.

Birimimiz Enjektör, Yanma Odası, Yakıt, Nozul ve Test olmak üzere 5 alt birimden oluşmaktadır:

Enjektör:

Enjektör için basit bir tanım yapmak gerekirse oksitleyiciyi yakıt üzerine istenilen oranda püskürtmek ve iletmektir. Başarılı bir enjektör tasarımı sağlamak için kesin ve hızlı kurallar yoktur. Bu sebeble enjektör tasarımına daha rasyonel bir şekilde yaklaşmak gerekir. Bunun için yanma odasında karşılaşılan kimyasal ve fiziksel süreçlerin anlaşılması, hesaplanması veya tahmin edilmesi ve bu bilgilerin enjektör tasarımının temeli olarak kullanılması gerekmektedir. Belirli bir itici gaz kombinasyonu için, bir enjektörün tasarımına yaklaşım oluşturulmadan önce, akışkanın parçalanması, karıştırılması, damlacık oluşumu, ısı transferinin kimyasal reaksiyonları ve kinetiği araştırılmalı ve açıkça anlaşılmalıdır. Enjektör tasarımı sırasında CFD analizleri yapılmaktadır. Bu alt birim enjektör tasarımı yaptıktan sonra üretiminden ve bir dizi test işleminden sorumludur.

Yanma Odası:

Yanma odası, itici gazların yüksek basınçta yanmasının gerçekleştiği yerdir. Yanma işlemi sonucunda ortaya çıkan yüksek sıcaklık ve basınçlara dayanması gerekmektedir ve her roket motoru için ayrı bir tasarım yapılması gerekir. Tasarım sürecinde yanma denklemleri ve ısıl iletim denklemleri titizlikle yapılmalıdır. Yanma odaları genel olarak silindirik yapıdadır bu sebepten CAD çizimleri basittir, fakat analiz kısmı ağırdır; yanma, patlama, akış, statik ve dinamik analizler yapılmaktadır. Yanma odası tasarımı, yüksek sıcaklık ve basınçta daha dayanıklı olması için gereken ekstra malzeme seçimi ve üretimi bu alt birimin sorumluluğundadır.

Yakıt:

Motor tasarımı konusunda en belirleyici unsurlardan birisidir. Hibrit roket motorunda birbirinden farklı fazdaki farklı yakıtlar kullanılır. Bu yakıtlardan biri katı diğeri ise sıvı veya gaz haldedir. Yakıt üzerine yapılan çalışmalar ağırlıklı olarak akademik çalışmaları barındırır. En yüksek regresyon oranına sahip maksimum itkiye ulaşabilecek yakıt ve oksitleyici seçmek bu alt birimde çalışan ekip üyelerinin sorumluluğudur. Bu bağlamda yanma reaksiyonları için fiziko kimya ve bazı kimyasal analiz programları, doğru yakıt seçimi için organik kimya bilimi başı çekmektedir. Yakıt ve oksitleyici seçimi yapıldıktan sonra; yakıt dökümü, dökülen yakıtın yanma testleri bu alt birimin sorumluluğundadır.

Nozul:

Motor tarafından üretilen itme miktarı motorun kütle akış hızına, akışın çıkış hızına ve motor çıkışındaki basınca bağlıdır. Bu üç akış değişkeninin değeri, nozul tasarımı ile belirlenir.Yanma odasında gerçekleşen kimyasal reaksiyon sonrası açığa çıkan yüksek sıcaklıktaki gazlar, bir lüle içerinde süpersonik hızlara genişletilerek dışarıya atılır.İşte bu işlemin yapıldığı yere nozul(lüle) denir. Nozulde malzeme seçimi çok önemlidir. Çok yüksek sıcaklıklarda birçok nozul bir daha kullanılamaz hale gelir. Nozul tasarımı, analizi, malzeme seçimi, üretimi ve testi bu alt birimin sorumluluğundadır.

Test:

Hibrit roket motorumuzun tüm yapısal elemanları üretildikten sonra, bu elemanların tek tek veya birlikte test edilmesi gerekmektedir. Bu sebepten her türlü test için test standının hazır halde olması gerekmektedir. Testlerin yapılabilmesi için test standı tasarımı ve analizi, bağlantı elemanları tasarımı ve analizleri, aviyonik  elemanlarının seçimi ve temini, test standının geliştirilmesi ve test sırasında güvenlikten bu alt birim sorumludur.

Hedeflerimiz:

  1. Düzgün ve pürüssüz yakıt dökümü
  2. Üretilen ölçeklendirilmiş (scale) motorumuzun ateştleme testlerinin yapılması
  3. Enjektör ve nozulün revize edilip tekrar üretilmesi ve testlerinin yapılması
  4. Hibrit roket motorunun üretilmesi ve ateşleme testlerinin yapılması

Hibrit Roket Motorundan Beklenilen Sonuçlar:

  • 1200 N itki (impulse)
  • 12 saniye yanma süresi (burn time)
  • 16,800 Ns özgül itki (specific impulse)