Katı yakıtlı roket motorlarında astar arayüz ayrılmasının modellenmesi için yeni bir yaklaşım geliştirilmesi

Katı yakıtlı roket motorları, taktik füze sistemlerinde yaygın olarak kullanılan ve füzeye gerekli itkiyi sağlayan alt sistemdir. Yakıtın gövdeye yapışık olduğu motor konfigürasyonunda, motor gövdesi yalıtıldıktan ve astar uygulandıktan sonra yakıt, gövde içerisine dökülerek üretim gerçekleştirilir. Gövde/yalıtım ile yakıt arayüzüne uygulanan astar, yakıtın yapışmasını sağlar. Astar arayüzünde gerçekleşecek bir ayrılma, motoru başarısızlığa götürebilmektedir. Motor, üretiminden ateşlenmesine kadar geçen sürede bu arayüzde ayrılmaya sebep olabilecek pek çok zorlayıcı ortama maruz kalmaktadır ve süreç boyunca motorun bütünlüğünün korunması kritiktir. Bu sebeple astar arayüzünün karakteristik malzeme özelliklerini belirlemek önem kazanmaktadır. Bu arayüz yapıştırıcı özellik gösterdiği için yapıştırıcı gibi modellenebilmektedir. Yapıştırıcı arayüzün modellenmesi; yapışma mukavemeti, kırılma enerjisi ve başlangıç modülü üzerinden tanımlanan ve yaygın olarak kullanılan kohezif bölge modeli ile gerçekleştirilebilmektedir. Bu model ile kırılma bölgesinde çekme ve ayrılma arasında bir yasa tanımlanır. Bu yasada çekme, bir eşik değerine kadar ayrılma arttıkça artar ve sonrasında ayrılma arttıkça azalır. Bu tezin amacı, katı yakıtlı roket motorunda astar arayüzünü sonlu elemanlar analizinde kohezif bölge modeli ile modellemek ve bu modelde soyulma testinin kullanılabilirliğini araştırmaktır. Bu yaklaşımla kohezif bölge modeli oluşturma sürecinin, numune seviyesi testlerdeki verilerin direkt kullanımı ile yalınlaştırılması hedeflenmiştir. Çalışma kapsamında ilk olarak literatürde yakıt, yalıtım ve astar malzeme modellerinin kullanıldığı çalışmanın doğrulaması yapılmıştır. Doğrulama sonrasında yapışma çekme ve soyulma testleri gerçekleştirilmiştir. Soyulma testinden elde edilen çıktılar ve enerji denklemleri kullanılarak astarın kırılma enerjisi hesabı gerçekleştirilmiştir. Yapışma çekme testinden elde edilen yapışma mukavemeti ve soyulma testinden elde edilen kırılma enerjisi parametreleri ile astarın kohezif bölge modeli oluşturulmuştur. Oluşturulan kohezif bölge modeli ile soyulma testinin sonlu elemanlar analizi gerçekleştirilmiştir. Analizden elde edilen kuvvet-deplasman grafiği ile test sonucu karşılaştırılmıştır. Ek olarak analizde elde edilen çekme-ayrılma eğrisi ile kohezif bölge modeli ile tanımlanan çekme-ayrılma eğrisi karşılaştırılmıştır. Her iki karşılaştırmada da analiz sonuçlarıyla test sonucu arasında yeterli seviyede benzerlik görülmüştür. Soyulma testinin literatürde yaygın kullanılan çift ankastre sandviç kiriş testi yerine kullanılabillirliğini değerlendirmek için soyulma testi ile elde edilen kohezif bölge modeli ile çift ankastre sandviç kiriş testi sonlu elemanlar analizi gerçekleştirilmiştir. Analiz sonucunda arayüzde elde edilen çekme-ayrılma eğrileri karşılaştırılmıştır ve yeterli seviyede benzerlik görülmüştür. Sonuç olarak astar arayüzünün kohezif bölge modeli ile modellenmesinde soyulma testinin kullanılabileceği değerlendirilmiştir ve kohezif bölge modeli oluşturma sürecinin yalınlaşması sağlanmıştır. Daha uygulanabilir bir test yöntemine geçilmesi sayesinde; maliyetin azalması ve model oluşturma süreci açısından verimliliğin artırılması sağlanmıştır.