Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ile Ses Altı Bir Roketin Aerodinamik Analizi

Özet

Günümüzde her ülke, kendi yerli ve milli savunma sanayisini geliştirmeyi hedeflemektedir. Bu doğtultuda, füze ve roket gibi yapıların tasarımı çok daha önemli hale gelmiştir. Bu çalışmada, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yardımıyla, ses altı hızda bir roketin tasarımı ve aerodinamik analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, Mach sayısı, türbülans yoğunluğu, ve türbülans modeli gibi kritik parametrelerin roket performansına etkileri incelenmiştir. Çalışma sonucunda, Mach sayısının sürükleme katsayısı üzerinde ciddi bir etkiye sahip olduğu görülmüştür. Mach sayısındaki %30’luk bir artış, sürükleme katsayısının yaklaşık olarak %68 artmasına sebep olmuştur. Bunun tersine, türbülans yoğunluğunun değiştirilmesinin ise sürükleme katsayısında belirgin bir farka sebep olmadığı görülmüştür. Her ne kadar, her problem özelinde uygun türbülans yoğunluğu kullanımının önemli olduğu bilinse de, mevcut problem için türbülans yoğunluğu seçiminin zaman harcanacak bir kriter olmadığı sonucuna varılmıştır. Son olarak, türbülans modeli seçiminin, beklendiği gibi, tasarım açısından oldukça önemli olduğu görülmüştür. Benzer problemlerin çözümü için literatürde yaygın olarak kullanılan k-ω SST ve diğer bir model olan k-ω arasında, sürükleme katsayısı açısından yaklaşık %12 fark olduğu görülmüştür. Beklendiği gibi, k-ω modelinden elde edilen sonuç, k-ω SST modelinden elde edilen sonuçtan daha yüksektir.

Abstract

Nowadays, every single country aims to have a domestic and national defense industry. In accordance with this purpose, the designof missile structures has become more important than ever. In this study, the design and analyses of a subsonic rocket was carriedout with the utilization of Computational Fluid Dynamics (CFD) tools. Also, the effects of several critical parameters; i.e. Machnumber, turbulence intensity, turbulence model, on the rocket performance were investigated. It was found out that a variation inMach number has a substantial effect on the drag coefficient; i.e. an increment in Mach number at approximately 30% results inan increment of drag coefficient nearly 68%. Contrarily, changing the turbulence intensity does not make any significant differenceon drag coefficient. Although the appropriate turbulence intensity should be used for every unique problem, in this case, thisparameter is not a critical variable to ponder upon. Finally, the implementation of the appropriate turbulence model is critical inthe design process as expected. Utilization of k-ω and k-ω SST models differs approximately 12% in terms of drag coefficient; thedrag coefficient obtained from k-ω is higher than that of obtained from k-ω SST.