Hakan Kılıç

Güdümlü füzeler nasıl ayrılıyor (2)

  • Son Güncelleme: 14/09/19 08:36:21
  • 3

BÖLÜM İKİ

İLK BÖLÜMÜ OKUMAK İÇİN TIKLAYIN

FÜZE (ROKET MOTORU) YAKITI ÇEŞİDİNE GÖRE

Roket yakıtı denen kimyasal karışımlar özetle, yanıcı ve oksitleyiciyi temsil eden iki ayrı kimyasalın yandığı zaman kimyasal enerjisini kinetik enerjiye çevirerek itki sağlayan kimyasal bileşenlerdir. Oksitleyici ise yandığı zaman diğer kimyasal yanıcının yanmasını körükleyen ve yanma için gerekli oksijeni üreten maddedir. Onun sayesinde oksijen olmayan uzay ortamında bile roket motorları çalışmaktadır.

Füzeler ve özellikle balistik füzeler tek, çift ve üç kademeli roket motoruna sahip olabilmektedirler. İki ve daha fazla kademeli motora sahip balistik füzeler veya SLV’ler uçuşun başlangıcından itibaren yakıtı biten motor kademesini atarak yani gittikçe küçülerek uçuşa devam eder. Çünkü ana görevi icra edecek olan harp başlığı veya uydu taşıma bölmesi füzenin en ucundadır.

Ayrıca genelde katı yakıtlı olan booster motoru olarak isimlendirilen ilk ateşleme anında füzenin hızlı ve daha uzun mesafe yol almasını sağlayan ek motorlar da daha çok seyir füzesi uçuş profili ile hareket edenler ile diğer nispeten daha küçük güdümlü füzelerin en arkasında uçuştan birkaç saniye sonra atılacak şekilde bulunur. Örnek olarak Atmaca gemisavar füzemizi, çeşitli seyir füzelerini ve SAM füzelerini verebiliriz.

Bir füze için roket motoru seçimi ve yakıt türü seçimi yapılacağı zaman sayısız faktöre göre tasarım yapılır ve yakıt türüne karar verilir. Bunlar: füzenin menzilinden, hangi platformda (mesela bir zırhlı araç üzerinde mi, denizaltıda mı, uzaya giden bir araçta mı) kullanılacağı, füze ateşleneceği lançer dışındayken nerede ve nasıl depolanacağı, füzenin büyüklüğü, yakıt harcanmaya başladıktan sonra yani füze ateşlendikten sonra azalan yakıtın füze ana gövdesini hafifletmesi sebebi ile yakıt türünün ağırlık merkezinin basınç merkezinin önünde tasarlanmasına etkisi (statik denge için) vb. çok çeşitlidir.

Resimde milli seyir füzemiz SOM füzesinin Konya atış sahasında otobüsün üst penceresinden girecek kadar hassas isabet ile yapılan testini görüyorsunuz. Ayrıca F-35’e entegre edilmek üzere geliştirilen daha küçük modeli SOM-J ve ilk model SOM-A görülmekte. Sıvı yakıtlı ve turbojet motora sahip SOM füzesinin Fransız malı motorunun yerine Kale-Arge tarafından geliştirilen KTJ-3200 motorunun yakın zamanda teslim edilmesi bekleniyor.

Roket motoru yakıt çeşitleri ise katı, sıvı ve hibrid olarak üç ana katagoriye ayrılmaktadır.

KATI YAKITLAR

Katı yakıt roket motorları diğer iki sınıfa göre en basit tasarıma sahip roket motorlarıdır. Çünkü sıvı yakıt motorda bulunması gereken birçok tertibata ihtiyaç duymaz. Temel ve basit olarak sıcaklık ve basınca dayanıklı roket motoru borusu içinde oksitleyici ve yanıcı maddenin buluşması ile bulunduğu bölgede gaz üretimi ile basınç oluşturan, oluşan gaz basıncının dışarı atılmasını sağlayan nozul/ekzoz/lüle ve bu nozulun şekli ve gaz çıkışı sebebi ile itki oluşturması prensibine göre çalışır. İlk ateşlemede lançerden fırlatılmasına yetecek kadar itki kazanan roket yakıtı bu noktadan yakıtın bittiği ana kadar maksimum hıza çıkmaya devam eder.

Katı yakıtlı roket motorlarının dezavantajı bir kere ateşlendiğinde durdurulamaz veya yavaşlatılamaz olmasıdır. Sıvı yakıt roket motorları gibi istenildiğinde yanması sonlandırılamaz. Bu dezavantajın getirisi olarak yanmanın sonlandırılması veya yavaşlatılması için gerekli mekanizmalar bulunmaz. Buda sıvı yakıt motorlara göre ağırlık ve hacim açısından avantajlı yanıdır. Katı yakıt roket motorları bu sebeple çoğunlukla daha kısa menzilli füzelerde kullanılır.

Tek veya çift esaslı “Homojen” ve “Kompozit” (Heterojen) olmak üzere iki türlü katı yakıt vardır. Bunlar yüksek yakıt yoğunluklu, normal sıcaklıkta korunması ve depolanması çok kolay, ekonomik yakıtlardır. Hızlı fırlatma yeteneğine sahiptirler. Bora/Kaan balistik füzemiz kompozit katı yakıtlı, tek kademeli bir füzedir.

Bununla birlikte katı yakıt üretimi zordur. Her bir yakıt tanesi içten yanma ve kırılma olasılığını önlemek için hatasız olmalıdır. Küçük değişiklikler performansta önemli değişikliklere sebep olabilir. Bu yakıt tanelerinin/moleküllerinin üretilmesi için en yaygın yöntem, bir bileşen karışımını bir kalıba dökmek ve katılaşmasını sağlamaktır. Bunu yapmak için birçok kimyasal maddeyi tek bir malzemeye dönüştürmek gerekir. Örnek olarak oksitleyici (amonyum perklorat), yakıt (toz halinde alüminyum), bağlayıcı (bir polimerik malzeme), kürleme maddesi, plastikleştirici (karışımı daha akışkan hale getirmek için) ve yanmayı kontrol etmek veya arttırmak için bir katalizör gerekir. (Kullanılan bazı kimyasallara örnek olarak ise: Nitrogliserin, nitroselüloz, potasyum sülfat, nitronyum perklorat, aliminyum tozu, polbütadiyen, poli sülfit polyester, epoksi, sentetik lastik, poli üretan, poli butadiyen, poli izo butadiyen vb. birçok bağlayıcılar). Bu dengesiz bileşenleri başarılı bir şekilde işlemek için özel tekniklere ve ekipmanlara ihtiyaç duyulur.

Kompozit (Heterojen) yakıtlar ise basit heterojen yakıtlar ve hibrid katı yakıtlar olarak iki türdür.

SIVI YAKITLAR

Sıvı yakıt roket motorunda yakıt ve oksitleyici katı yakıtlardaki gibi aynı tankta değil, ayrı yakıt tankında depolanır. Borular, turbo pompalar gibi ek teçhizatlar ile yanma odasında buluşturulan yakıt ve oksitleyicini oluşturduğu yanma yani tepkime katı yakıtların aksine durdurulabilir, yeniden başlatılabilir veya yanma hızı değiştirilebilir. Yakıt yanma odasında yandığında, sıcak egzoz gazı bir ağızlıktan/nozuldan yani teknik ismi ile lüleden dışarı fırlayarak itki sağlar. Katı yakıttan daha yüksek özgül darbe değerine sahiptir. Yani daha yüksek itki sağlar.

Türüne göre saklama ısısı değişen, bazılar aşırı zehirli olan, bazı türleri tabi olarak sıvı, bazı türleri sıvılaştırılmış kimyasallardan oluşan sıvı yakıtların depolanması katı yakıta göre çok zordur. Tabi olarak sıvı yakıtlı füzelerin de taşınması ve depolanması daha tehlikelidir. Genelde füze kullanılacağı zaman veya her an atışa hazır beklemesi gereken füze/roket motorlarında dolu olarak bekler. Ancak çoğu zaman emniyet gereği füzelere ateşleme öncesi veya alarm durumuna göre doldurulur. (Örneğin SOM füzemiz içinde sıvı yakıt dolu halde depolarda beklemez. Uçağa takılacağı zaman sıvı yakıtı doldurulur). Oksitleme yapması ve ısı durumuna göre emniyetsiz olması sebebi ile katı yakıtlılara göre içinde bulunduğu füzeye nispeten daha yüksek risk oluşturur.

Genelde yüksek itki yani uzun süre motor çalışması veya uzun menzilli füzelerde tercih edilir. Sıvı yakıtlar yüksek özgül darbelidir (Özgül darbe: Bir birim zamanda üretilen gaz miktarına bağlı olarak veya birim zamanda tüketilen yakıt miktarı ile elde edilen itki miktarıdır).

Sıvı yakıtlarda üç çeşittir,

-Petrol Esaslı: Petrol esaslı yanıcı olarak kullanılan rafine petrol ürünleri ile oksitleyici olarak kullanılan sıvı oksijenden kullanılması ile çalışır.

-Krayojenik (Cryogenics): Sıvı hidrojen, oksijen vb. düşük sıcaklıkta sıvılaştırılmış gazlardır.

-Haypegolik (Hypergolics): Normal şartlarda sıvı halde olan depolaması daha kolay olan ancak çok zehirli yakıtlardır. Bu yakıt türünde ateşleyiciye ihtiyaç yoktur. Yanıcı ve yakıcı sıvı bir araya geldiğinde kendiliğinden ateşleme/yanma başlar.

Daha çok balistik füzeler özelinde konuşacak olursak; sıvı yakıtlı roket motorunun dolayısı ile sıvı yakıtlı balistik füzenin menzilini artırmak istiyorsak, yanıcı (itici) ve oksitleyicinin akış hızını arttırmalı veya motorun daha uzun süre yanmasına imkân tanınmalıdır. Her iki seçenek de daha fazla itici güç (yakıt) eklemeyi gerektirir ki bu da genellikle füze ana gövdesinde değişiklik yapmayı ve füzenin yapısal bütünlüğünü ve istikrarını yeniden değerlendirmeyi gerektirir. Daha uzun bir yanma süresinde egzoz/lüle akışındaki jet kanatları veya itme odasının bileşenleri gibi yanma işlemine maruz kalan yüzeylerin artan ısıya maruz kalmadan korunmaları için modifiye edilmesi gerekir. Alternatif olarak, eğer itiş arttırılacaksa yanma odasının artan basınca dayanacak şekilde değiştirilmesi gerekebilir veya daha fazla akış için büyütülmüş lüle gerekir. Ek olarak, yapısal modifikasyonların daha yüksek aerodinamik yükleri ve yeni bir uçuş profilini telafi edecek şekilde yapılması gerekir.

HİBRİT YAKITLAR

Yanıcı ve yakıcının katı-sıvı ayrımı yoktur. Hem katı yakıt avantajları hem de sıvı yakıtın yanmanın durdurulma, yavaşlatılma ve yeniden başlatılması avantajlarına sahiptir. Daha çok küçük itkili yani küçük roket motorlarında kullanılır. Ülkemizde ise SSB Başkan Yrd. Celal Sami Tüfekçi’nin yakın zamanda bir üniversitemizde düzenlenen (İTÜ SAVTEK-Savunma günleri) etkinliğinde verdiği bilgilere göre, SSB’nin kurduğu “DeltaV Uzay Teknolojileri A.Ş.” firması Hibrit yakıtlı roket teknolojilerinin geliştirilmesi üzerine çalışıyor ve milli hibrit yakıtlı roket motoru çalışmaları iyi yönde gidiyor. Ayrıca birkaç ay sonra testlere başlanacağını, 1-1,5 yıl sonra ise tam ölçekli bir füze atış denemesi yapılabileceğini söylendi.

Genel olarak güdümlü füze türleri ve itki/yakıt çeşitlerini tanıtmaya çalıştım. Amacıma ulaştığımı umuyorum.

hakankilic@kokpit.aero

https://twitter.com/hkilichsword

Kaynak: www.kokpit.aero

Kokpit Aero

Yorum Yap