Hibrit roketlerde kullanılmak üzere santrifüj pompa tasarımı, analizi ve test edilmesi

Roket sistemlerinin en büyük ve önemli bir alt başlığı olan kimyasal roketler uzay sektörünün bel kemiği görevini üstlenmektedir. Kimyasal roketlerden katı yakıtlıların barındırdığı tehlikeli çalışma ortamı ve sıvıların karmaşıklığı ve pahalı oluşları uzay sektöründe dikkatleri daha basit sistem ve maliyet olarak daha etkin olan hibrit roket sistemlerine çevirmiştir. Bu sistemlerde sıvı fazda bulunan oksitleyici katı fazda bulunan yakıtın bulunduğu yanma odasına belirli bir debi ve basınç ile nakledilmesi lazımdır. Bu işlemi yapacak olan besleme sistemi roket sisteminin itki performansını direkt olarak etkileyeceğinden roket biliminde çok önemli bir yere sahiptir. Sıvı oksitleyici yüksek basınçlı gaz besleme sistemi veya besleme hattına entegre edilmiş pompa kullanılarak yanma odasına transfer edilebilir. Yüksek basınçlı gaz ile besleme yönteminde soğuk olan inert gaz sıvı olan yakıtı ve oksitleyiciyi hedeflenilen basınca getirerek yanma odasına transfer etmektedir. Bu yöntem ucuz ve basit olmasına rağmen besleme sisteminin elemanları yüksek basınca maruz kalacağından yapısal ağırlığı çok yüksek olan sistemler ortaya çıkmaktadır. Yüksek yapısal ağırlık ve "blow-down" etkisi gibi sebeplerden ötürü bu besleme sistemi genel olarak küçük ve orta boy sonda roket sistemlerinde kullanılmakta olup büyük sistemler için yapısal ağırlığı çok fazla artıracağından dolayı uçuşa uygun olmamaktadır. Bu besleme sistemin aksine pompa ile besleme seçeneği sadece belirli elemanları yüksek basınç altında bırakacağından yapısal yükü hafifleterek tüm roket sistemini uçuşa uygun hale getirmektedir. Ayrıca sıvı oksitleyici sabit bir debi ile sağlanacağından itki profili açısından da avantaj sağlamaktadır. Bu tezin ilk hedefi hibrit yakıtlı roket sisteminde kullanılmak üzere sıvı oksijen basınçlandıracak küçük boyutlara sahip santrifüj pompayı gerekli metotları kullanarak tasarlamaktır. Uygun üretim yöntemleri ile üretilen bu pompa sistemini su ve sıvı oksijen ile test edilmiş olup hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile sonuçlar karşılaştırılmıştır. Sistemin güvenilirlik testlerinden sonra uygun boyutlardaki bir parafin yakıtlı hibrit motor ile ateşleme testleri icra edilmiş olup pompa beslemeli hibrit motor sisteminin performansı incelenmiştir. Küçük boyuttaki pompadan elde edinilen kazanımlarla büyük boyutta bir hibrit roket sisteminin besleme sisteminde kullanılmak üzere yeni bir pompa tasarlanmıştır. Büyük boyutlu pompanın hesaplamalı akışkanlar dinamiği yapılmış olup bu pompa ile beslenen bir hibrit roketin motor performans analizi yapılmıştır. Sonuçlar yüksek basınç beslemeli aynı total itici kuvvete sahip bir hibrit roket sistemi ile karşılaştırılmıştır ve besleme sisteminde pompa kullanımının ağırlığı önemli ölçüde azaltıp ΔV performansını önemli ölçüde artırdığı gözlemlenmiştir.