Abstract:
ABSTRACT
In this study, the performance of a rocket engine that will serve as a 2nd stage rocket engine in a vacuum environment, operating with Kerosene (RP1) and Liquid Oxygen (LOX), 50 kN power and 1/100 geometric expansion ratio is theoretically investigated. In the study, the temperature, pressure and output velocity parameters in the combustion chamber were investigated using Rocket Propulsion Analsys (RPA), ANSYS Fluent programs and obtained values were compared with theoretical mathematical models. In the study, three conical nozzles with shortened lengths of 0%, 20% and 40% were designed as rocket nozzle geometry. Plain carbon steel with a specific gravity of 7800 kg/m³ was chosen as the nozzle material.
According to the results obtained, the thrust force and output momentum decreased by 3.74% and output momentum by 2,45%, while a 17.1% (29.15 kg) gain in engine mass was obtained in the 20% shortened nozzle. In the 40% shortened nozzle, these values were 5.14%, 6.27% and 43.9% (74.78 kg), respectively. As a result of the study, it was seen that the theoretical values calculated for all three nozzle geometries were compatible with the results of CFD analysis and RPA analysis.
ÖZET
Bu çalışmada, vakum ortamında 2’nci kademe roket motoru olarak görev yapacak, Kerosen (RP1) ve Likit Oksijen (LOX) ile çalışan, 50 kN gücünde 1/100 geometrik genişleme oranına sahip bir roket motorunun performansı teorik olarak incelenmiştir. Teorik çalışmada yanma odasındaki sıcaklık, basınç ve çıkış hızı parametreleri Rocket Propulsion Analsys (RPA), ANSYS Fluent programları kullanılarak sayısal olarak incelenmiş ve elde edilen değerler teorik matematiksel modeler ile karşılaştırılmıştır. Çalışmalarda roket nozul geometrisi olarak üç adet %0, %20 ve %40 oranlarında boyları kısaltılmış konik yapıda nozullar tasarlanmıştır. Nozul malzemesi olarak 7800 kg/m³ özgül ağırlığa sahip sade karbon çeliği seçilmiştir.
Elde edilen sonuçlara göre %20 kısaltılmış nozulda itme gücü %3,74 ve çıkış momentum kaybı %2,45 azalırken motor kütlesinde %17.1 (29.15 kg) kazanç elde edilmiştir. %40 kısaltılmış nozulda ise bu değerler sırası ile %5.14, %6.27 ve %43.9 (74.78 kg) olmuştur. Çalışma sonucunda her üç nozul geometrisi için hesaplanan teorik değerlerin, HAD analizi ve RPA analizi sonuçları ile uyumlu olduğu görülmüştür.
