“Adım Adım Nasıl Tasarlarım? “ başlıklı bir seriye başlıyoruz. Bu seri kapsamında hem bir irtifa roketinin mekanik tasarım sürecini öğrenmek isteyenlerin merakını az çok gidereceğiz, hem de kendi roket tasarımını oluşturmak isteyenlere çok ayrıntılı olmayan bir yol haritası oluşturacağız. İrtifa roketlerinin nasıl bir tasarım sürecinden geçtiğini genel hatlarıyla bir kronoloji içerisinde sunmaya çalışacağım.
PART -1 OPERASYON KONSEPTİ TANIMI VE ALT SİSTEMLERİN BELİRLENMESİ
İrtifa roketinin tasarımını yaparken göz önüne almamız gereken birçok parametre mevcuttur. Burun konisi şekil-malzeme seçimi , gövde çap-malzeme seçimi, kanatçıkların montaj açısı, roket motorunun alt gövdedeki konumu, paraşütlerin açık ve kapalı haldeki çapları ve ip uzunlukları vs şeklinde uzatabileceğimiz onlarca ayrıntısı olan bir tasarım sürecidir. Gözden kaçan detaylar ; uçuş sırasında yer istasyonuyla aviyonik arası iletim kopukluğuna, roketin yanmasına, balistik çakılmasına sebep olabilmektedir. Bu sebeple tasarımın her aşamasını titizlikle yönetiyor olacağız.
Öncelikle irtifa roketini TEKNOFEST yarışmasında yer alması amacıyla tasarlayacağımızı varsayalım. İlk adımda, Roketin iç ve dış mekanik tasarımını baştan sona değiştirebilecek olan ve TEKNOFEST tarafından gerçekleştirmemiz beklenen operasyon konseptine odaklanalım:
Mühendisten beklenen;
-TEKNOFEST’in temin edeceği uçuş motoruna uygun bir roket tasarlaması,
-Bu roketi arallıkları verilen maksimum irtifaya çıkarması,
-Roketin apogee(maksimum yükseklik) noktasında burun konisi ve üst gövdeden -seçilecek herhangi bir ayrılma sistemi çeşidiyle – ayrılması ve içerisinde olan minimum 4kg kütledeki yükü bırakması.
-Bu yükün (faydalı yük/ PAYLOAD) kendi paraşütüyle yere hasar almadan inmesi ve indiği konumun tespit edilebilmesi için gerekli donanım ,sensör ve yazılımlara sahip bir iletişim içinde olması.
-Birincil paraşütün (sürüklenme paraşütü/drag parachute) apogee noktasında faydalı yük atıldığı anda açılması ve roketin serbest düşüş hızını yavaşlatması
-İkincil paraşütün(ana paraşüt) roketi ve tüm alt bileşenlerini geri kullanılabilecek şekilde zararsız bir şekilde yeryüzüne indirmesi.
Bu konsepte göre roket maksimum irtifasına ulaştığında alt ve üst gövde takım tarafından belirlenecek olan "ayrılma tekniği" ile ayrılacak ve birincil paraşüt açılacaktır. Eşzamanlı olarak görev yükü serbest bırakılacak ve bu yük kendi kurtarma paraşütü ile iniş yapacaktır.
Sırasıyla bu aşamada belirlenmesi gerekenlere bakacak olursak;
1) Ayrılma sistemi tercihinin risk analizleri sonucunda yapılması.
2) Seçilen ayrılma sisteminin roket iç-dış malzeme gereksinimlerinin yapılması.
3) Roketin malzeme analizi yapılması sonucu fiziksel tasarıma OPENROCKET* programıyla başlanması.
Bu 3 aşamanın tamamlanması sonucu roketin kabataslak tasarımı ortaya çıkmış olacaktır.
İlk aşamadan başlarsak , öncelikle ayrılma sistemi ; roket gövde içerisinde gerek basınç farkı yaratarak gerekse bir kuvvet uygulayarak roket gövdelerinin birbirinden ayrılmasını sağlayan sistemdir.
Takımın teknik birikimine ve yeni bir mekanik-elektriksel sistem tasarlamak istemesine bağlı olarak değişebilir .
Örneğin sıkıştırılmış CO2 tüpünü aviyonik sistem sensörlerinin maksimum irtifayı algılamasıyla patlatarak oluşan basınç farkıyla gövdeleri birbirinden ayırabilirsiniz.
Amanos Roket Takımı karbondioksit tüpleri montajlanmış hali
Daha özgün ve mekanik bir sistem isterseniz bunu servo motorla yapmayı deneyebilirsiniz! Roketin gövdesine servo motor yardımıyla açılabilecek bir kapakçık tasarlarsınız ve roket gövdelerinin birbirinden ayrılmasına gerek kalmaksızın faydalı yükü roketin dışına -kendi paraşütüyle yere inmek üzere-atabilirsiniz.
UZİNOVA Roket Takımı Servo motorlu ayrılma sistem tasarımı
Veya iki sistemi birleştirirsiniz ve soğuk gaz basınçlı tüpleri servo motoru otonom aktifleştirerek patlatır ve ayrılmayı hem kimyasal hem mekanik olarak gerçekleştirişiniz.
Tüm bu seçenekler, projeden beklentinize göre sonsuz kombinasyonla çoğaltılabilir. Fakat genel olarak tercih edilen 3 basit ayrılma yöntemi vardır. Bunlar : "KARA BARUTLA AYRILMA ,CO2 TÜPÜ İLE AYRILMA ,YAYLI SİSTEM İLE AYRILMA " şeklinde sıralanabilir. Bugün 2 çeşit ayrılma yönteminden bahsedeceğiz. CO2 TÜPÜ İLE AYRILMA’dan bahsetmiştik. Şimdi ise piroteknik (ekzotermik) bir yöntem olan kara barutla ayırmaktan söz edelim.
KARA BARUTLA AYRILMA
Dünya genelinde "black powder" olarak bilinen , madencilikte granit-mermer gibi büyük taşları parçalamak için kullanılan bir “patlayıcı”. İrtifa roketlerinde tercih edilmesinin sebepleri ucuz olması, hesap hatalarının sonuçlarını minimalize edebilecek bir yapıya sahip olması ki tam da bu sebeple ateşli silahlara dumansız barutla beraber kara barut dolumu yapılır. Roketinizin ayrılma sisteminde karabarut kullanmak isterseniz, roketin tüm iç ve dış tasarımını bu piroteknik malzemeye karşı minimum hasar alacak şekilde yapmalısınız. Çünkü tek başına, roketinizin balistik çakılmasına sebep olabilecek derecede tehlikelidir.
Burada görüldüğü gibi-daha sonra hesaplanacak olan miktarda- karabarut boş hazeye koyulur ve kapakçığı kapatılır. Barutun altındaki ateşleme teli aviyonik sistemin sensörleriyle aktive edilir ve barutu ateşler. Böylelikle sistem aktive olur ve ayrılma gerçekleşir.
Kurtarma sistemi tercihini özetlediğimiz tablo.
Bugün roketin tasarım sürecini büyük ölçüde etkileyen “ayrılma sistemi” çeşitlerini konuştuk "Adım Adım Nasıl Tasarlarım? “ serimizde kara barutla ayrılma sistemini kullanan bir roket nasıl tasarlarız, bunu konuşacağız.
Serinin bir sonraki bölümünde kurtarma sistemi tercihimizin roketin iç ve dış tasarımına etkilerinden , OpenRocket programının arayüzünün basitçe kullanımından söz edeceğiz.
KAYNAKÇA
https://www.insanerocketry.com/blackpowder.html
https://modelroket.com/model-roketlerde-kurtarma-sistemleri/
https://cdn.teknofest.org/media/upload/userFormUpload/TEKNOFEST-2023_Roket_Yar%C4%B1%C5%9Fmas%C4%B1_%C5%9Eartnamesi_2023_v1_TwzLl.pdf
https://modelroket.com/model-roketlerde-kurtarma-sistemleri/
