Kısılabilir gaz jeneratörü çevrimli sıvı yakıtlı roket motoru tasarım aracı

Abstract

Günümüz uzay taşımacılığında önemli bir yere sahip olan sıvı yakıtlı roket motorlarında, atmosfere giriş, gezegene iniş, yörüngeye yerleştirme gibi fonksiyonlarının yanı sıra uçuş yüklerine karşı aracın sağlık durumunun korunması amacıyla itki kısma operasyonu uygulanmaktadır. Sıvı yakıtlı roket motoru, uzay araçlarında sevk görevini üstlenen kısımdır. Bu nedenle, performanslarının doğru tayin edilmesi önem arz etmektedir. Sıvı yakıtlı roket motoru tasarımı ve performans verisinin türetilmesi, birçok parametrenin bir arada ele alınması ile gerçekleştirilmektedir. Bu sürecin daha etkin gerçekleştirilebilmesi tasarım araçları ile mümkün olabilmektedir. Bu çalışmada, farklı itki kısılma isterine yönelik gaz jeneratörü çevrimli sıvı yakıtlı roket motoru tasarımını gerçekleştirecek ve performans parametrelerini türetecek bir tasarım aracı geliştirilmiştir. Çalışma kapsamında öncelikli olarak sıvı yakıtlı roket motoru çevrim tipleri ve literatürde yer alan benzer tasarım araçları anlatılacaktır. Gaz jeneratörü çevrimli roket motoru başlığında ise kritik tasarım parametreleri ve sıvı yakıtlı roket motoru bileşenlerinin tasarımı için literatürde yer alan matematiksel modellere yer verilmiştir. Metodoloji ve araçlar başlığında ise tasarım aracı içerisinde gerçekleştirilmekte olan hesaplamalar detaylandırılmıştır. Tasarım aracı itki odası, itki odası besleme hattı, güç dengesi, gaz jeneratörü, gaz jeneratörü besleme hattı, türbin çıkış lülesi, motor performans ve motor boyutlandırma modüllerinden oluşmaktadır. Modül algoritmaları, her bir modül içerisinde sözde kod (ing. pseudocode) ile özetlenmiştir. Tasarım aracı, %100 itki seviyesi için F-1 roket motoru özellikleri kullanılarak doğrulanmış ve hata oranları validasyon başlığı altında verilmiştir. Kısılma durumunda performans değişimine yönelik literatürde veri bulunamaması sebebiyle, farklı kısılma değerleri için doğrulama çalışması yapılamamıştır. Tasarım aracı kullanılarak, örnek bir motor tasarımı gerçekleştirilmiş ve kısılma durumunda itki odası debisi, itki odası basıncı, pompa çıkış basınçları, Turbopompa gücü, turbopompa devir sayısı, pompa verimleri, türbin verimi, türbin debisi, gaz jeneratörü basıncı, gaz jeneratörü besleme hattı kontrol vanası basınç kayıpları, türbin girişi ve çıkışındaki sıcaklık basınç değerleri, motor toplam itki ve özgül darbe değerlerinin nasıl değiştiği incelenmiştir. Sonuç olarak, bu çalışmada kısılabilir sıvı yakıtlı roket motoru tasarımı ve performans parametrelerinin türetilmesine yönelik bir tasarım aracı geliştirilmiş ve örnek bir motor ile kısılma durumunda performans parametrelerinde gözlenecek değişiklikler incelenmiştir.