BİR SES ALTI ROKETİN UÇUŞ SİMÜLASYONUNA AERODİNAMİK KARAKTERİSTİKLERİNİN ETKİSİNİN NÜMERİK ARAŞTIRILMASI

Abstract

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.