Novel manufacturing method for large scale and energetic material containing paraffin- based hybrid rocket fuel grains

İtki sistemi tasarımları görevin isterlerine göre şekillendirilmektedir. Fırlatma roketleri ve sonda roketleri yüksek itki elde etmeyi gerektirir. Bu durum yakıt ve oksitleyicinin yüksek debilerde reaksiyona sokulması ile mümkündür. Maliyet, güvenlik, operasyon kolaylığının yanı sıra yüksek yanma hızı ve rekabetçi özgül darbe değeri, parafin bazlı hibrit yakıtları fırlatma sistemleri ve sonda roketleri için oldukça güçlü bir adaydır. Parafin bazlı yakıt çekirdeği üretimi santrifüj yöntemi ya da direkt döküm yöntemi ile gerçekleştirilmektedir. Yakıt eriyiğinin içeriği farklı üretim yöntemi tercihine sebep olabilir. Örneğin özkütle farklılıkları sebebiyle metalik katkıya sahip bir yakıt çekirdeğinin üretimi faz ayrımı sebepli santrifüj yöntemi ile gerçekleştirilemeyeceğinden direkt döküm yöntemi ile üretilir. Ancak direkt döküm yöntemi yakıt çekirdeğinin ölçü toleranslarında sapmalara ve mekanik özelliklerin çok ciddi anlamda düşüşüne sebep olur. Bu tezin amacı, klasik santrifüj ve direkt yakıt döküm yöntemine alternatif, kendine has avantajları olan yeni bir yakıt yöntemi geliştirmek, mekanik özellikleri etkileyen üretim parametrelerin belirlenmesi, mekanik özellikleri etkileyen mikro mekanizmaların belirlenmesi ve yeni üretim yönteminin avantaj sağlayacağı spesifik durumların ortaya konulmasıdır. Geliştirilmiş olan yöntemde yakıt formülasyonu sıvı formda hazırlanıp elde edildikten sonra bir nozül vasıtasıyla asal gaz dolu bir reaktöre püskürtülerek mikron boyutta toza dönüştürülür. Elde edilen bu toz hedeflenen yakıt çekirdeği formunda üretilmiş olan kalıba doldurularak tek eksenli bir hidrolik ile sıkıştırılır ve yekpare yakıt çekirdeği elde edilir. Bu kapsamda tez çalışması süresince 500 kg'dan fazla hibrit roket yakıt tozu üretilmiş, 8'den fazla farklı kalıp tasarımı değerlendirilmiş, mekanik ve yanma karakteristiğinin araştırılması adına 400'den fazla numune üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen yakıt çekirdeklerinden çekme testi numuneleri alınmış, mekanik özellikleri ve kırılım yüzeyleri elektron mikroskobu ile incelenmiştir. Son olarak farklı formülasyonlardan hazırlanmış yakıt çekirdekleri uygun hibrit roket motorları ile test edilmiştir. Testler sonucu, yeni yakıt üretim yöntemi özellikle yakıt eriyiği ile arasında yüksek özkütle farklılığı olan metal katkıların yakıt çekirdeğine homojen bir şekilde eklenmesine imkân verdiği ve düşük sıcaklıklarda proses edilmesi gereken katkıların da bu yöntem sayesinde yakıt olarak kullanılabileceği gözlemlenmiştir. Ek olarak, yeni bir parafin-bazlı yakıt katkısı bu tezde sunulmuştur. Bahsi geçen köpürtme ajanı baz yakıt formülasyonunun yanma hızını 50g/cm2s oksitleyici akısında %178 oranında arttırmıştır.