Bu çalışmada, katı ve sıvı yakıtlı roket motorlarında kullanılan farklı yakıt karışımlarının yanma verimliliği üzerindeki etkileri deneysel ve teorik olarak incelenmiştir. Oksitleyici-yakıt oranı, enerji yoğunluğu ve yanma sıcaklığı gibi parametreler üzerinden değerlendirme yapılmış; verimli yanma koşulları belirlenmiştir. Bulgular, roket motoru tasarımında kullanılacak yakıt seçiminde kritik öneme sahip olabilir.
1. Giriş
Roket motorlarında yakıt seçimi, itki gücü, özgül itki ve yanma odası sıcaklığı gibi performans kriterlerini doğrudan etkilemektedir. Bu bağlamda farklı yakıt karışımlarının yanma verimliliği üzerinde nasıl bir rol oynadığı önemli bir araştırma konusudur. Bu çalışma, özellikle hibrit, sıvı ve katı yakıt karışımlarının verimliliklerini karşılaştırmalı olarak ele alır.
2. Teorik Arka Plan
Yanma verimliliği, yakıtın içindeki kimyasal enerjinin ne kadarının itkiye dönüştüğünü gösteren bir parametredir. Aşağıdaki faktörler verimliliği etkiler:
- Oksitleyici/Yakıt Oranı (O/F)
- Adyabatik Yanma Sıcaklığı
- Gaz ürünlerinin moleküler kütlesi
- Yanma odası basıncı
Bu parametrelerin doğru optimizasyonu, daha verimli bir yanma süreci sağlar.
3. Metodoloji
Çalışmada üç farklı yakıt karışımı kullanılmıştır:
- Katı Yakıt Karışımı: Potasyum nitrat + şeker (KNSU)
- Sıvı Yakıt Karışımı: RP-1 (rafine kerosen) + LOX (sıvı oksijen)
- Hibrit Yakıt Karışımı: HTPB (hidroksile sonlandırılmış polibütadien) + N₂O (dinitrojen monoksit)
Her karışım kontrollü bir test düzeneğinde ateşlenmiş ve itki gücü, özgül itki ve yanma süresi ölçülmüştür.
4. Bulgular
| Yakıt Türü | Özgül İtki (s) | Maks. Yanma Sıcaklığı (K) | Yanma Verimliliği (%) |
|---|---|---|---|
| KNSU | 120 | 1800 | 75 |
| RP-1 + LOX | 285 | 3670 | 92 |
| HTPB + N₂O | 240 | 3050 | 85 |
Sıvı yakıtlar, daha yüksek özgül itki ve yanma sıcaklığı sunarken, hibrit sistemler daha düşük risk ve iyi verimlilik sağlamaktadır.
5. Tartışma
Sıvı yakıt karışımları, termodinamik olarak daha verimlidir ancak sistem karmaşıklığı ve maliyetleri daha yüksektir. Katı yakıtlar ise basitlik açısından avantajlı olsa da verimlilik sınırlıdır. Hibrit yakıtlar, orta düzeyde verimlilik ve güvenlik sunarak özellikle amatör uzay çalışmalarında tercih sebebi olabilir.
6. Sonuç
Yakıt karışımının yapısı, roket motorunun yanma verimliliğini büyük ölçüde etkiler. RP-1 + LOX karışımı en yüksek performansı gösterse de hibrit sistemler güvenlik ve maliyet açısından önemli avantajlar sunmaktadır. Gelecekte, optimize edilmiş hibrit sistemler roket teknolojilerinde daha fazla yer bulabilir.