Füze kontrol tahrik sistemi yüksek sıcaklık bölgelerinin peltier modülleri ile soğutulması

Bu çalışma ile turbojetli füzelerden yayılan yüksek sıcaklıklardan etkilenen Kontrol Tahrik Sistemi elektroniklerinin soğutulması amaçlanmıştır. Bahsi geçen bu bölgedeki sınırlı tasarım alanları ve yüksek sıcaklık maruziyeti sebebiyle soğutma işlemi oldukça zordur. Yapılan literatür araştırmaları sonrası ülkemizde ve dünyada soğutma için farklı örnekler bulunmaktadır. Bunlardan bazıları termal pedler yardımıyla ve özel bir sıvının dolaştırıldığı kapalı bir döngü sistemi ile soğutmadır. Termal pedler ile yapılan soğutmalarda istenilen soğutma değerleri yakalanamamakla birlikte sıvı ile yapılan soğutmalar kompleks ve maliyetlidir. Aynı zamanda soğutmanın yapıldığı bölgenin dışında bir çok alt sistemde tasarım değişikliği ihtiyacının doğmasına neden olmaktadır. Tüm bunları göz önünde bulundurduğumuzda soğutma için basit ve daha güvenilir bir ürünün kullanılması ihtiyacı aşikardır. Bu kapsamda soğutma için kendini başka sektörlerde de kanıtlamış olan Peltier modüllerinin kullanımına karar verilmiştir. Peltier modüllerinin kullanımı ile birlikte ihtiyaç olan soğutmanın sağlanabileceği öngörülmüş olup CAD ortamında yapılacak tasarım ve analizler ile de bu öngörü desteklenecektir. Bu tasarım çalışması ile birlikte Turbojet motorun ürettiği yüksek sıcaklıkların KTS gövdesi ve alt komplelerine olan etkisini minimize etmek amacıyla geliştirilen soğutma sistemi tanımlanmıştır. Yüksek sıcaklıklar sonrası 50x150 mm boyutundaki sürücü kartının çalışması olumsuz etkilenmekte olup soğutma sistemi ile birlikte sürücü kartı üzerindeki sıcaklığın düşürülmesi hedeflenmektedir. Bu soğutma işlemi Peltier modüller tarafından sağlanacaktır. Peltier soğutucular, ısı transferi sayesinde yüzeylerin ısıtılması ve soğutulmasıyla görevlidir. Bu kabiliyet birçok sektörde kullanılmakla birlikte oldukça fazla kazanımlar sağlamaktadır. Çalışma prensibi elektrik akımının iki iletken arasında sıcaklık farkı yaratmasına dayanır. Bu durum da ısı transferi olmasına olanak sağlar. Peltier soğutucular, kullanım alanlarına ve tasarım kriterlerine bağlı olarak -40°C ile 280°C arasında soğutma sağlayabilirler. Bu soğutma sistemi ile birlikte turbojet gövdesi yüzey sıcaklığının KTS yüzeyine olan etkisini minimize etmek amacıyla optimum seviyede soğutma planlanmaktadır. KTS içi sıcaklığın max. 120°C olması hedeflenmektedir. Peltier seçimi bu kapsamda yapılmıştır. Bu isterler göz önüne alınarak literür araştrıması yapılmıştır. Hi-Z Technology şirketi yüksek sıcaklık uygulamaları için özel olarak tasarlanmış termoelektrik modüller üretir. Örneğin, Hi-Z Technology'nin HZ-20 modülü, yüksek sıcaklık farklarına dayanabilir. Literatür araştırması sonrasında HZ-20 modülünü projede soğutucu olarak kullanma kararı alınmıştır. Analizlerde kullanılan sınır şartları; Füzenin 0.7 Mach hızında uçtuğu varsayılmıştır. Ortam sıcaklığının 40°C olduğu varsayılmıştır. KTS Gövdesi içerisinde herhangi bir gaz akışı olmadığı varsayılmıştır. Uçuş süresinin 600 saniye olduğu varsayılmıştır. TJ Motor yalıtım üstü yüzey sıcaklığı 250°C kabul edilmiştir. Soğutulması gereken KTS içerisindeki elektroniğin boyutu 50x150 mm olarak kabul edilmiştir ve bu minvalde analiz çalışmaları yapılmıştır. Sonuç olarak istenilen soğutma sağlanmış olup KTS gövdesi içerinde yer alan PCB malzeme 70x170 mm boyutlarında olduğu zaman 50x150 mm'lik sürücü kartı üzerinde istenilen soğutmanın sağlandığı görülmüştür. Bu da KTS kanal başına 2 adet peltier modülüne denk gelmektedir. Bu çalışmanın devamı olarak, tasarlanan ve analiz çıktıları ile desteklenen ürünün üretimi ve deneyleri yapılarak analiz sonuçları ile kıyaslamalar yapılması ve tasarımın nihai optimizasyonu hedeflenmektedir.