Dış yüzeyi nanojeneratör malzeme kaplanmış roket tasarımı ve enerji hasadı
Nanogenerator coated model rocket design and energy harvesting
Yazar: ALİCAN ÖKDEM
Danışman: PROF. DR. ADNAN AKKURT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Atmosferik ortamda uçan bir cismin hava ile temas eden yüzeylerinde normal koşullarda sürtünme sonucu ısı enerjisine dönüştükten sonra kaybolacak enerjinin bir kısmı, havadaki cismin dış yüzeyi triboelektrik nanojeneratör ile kaplanırsa geri kazanılabilir ve bu hasat edilmiş enerji faydalı bir amaç için kullanılarak hava aracı daha verimli bir hale getirilebilir. Bu bağlamda gerçekleştirilen tez çalışmasında, faydalı bir yükü hedeflenen noktaya en kısa zamanda ulaştırabilmenin ve hatta Dünya'nın yer çekimi etkisinden kurtulup insanlığın uzaya ulaşabilmesinin günümüzdeki en etkili aracı olan roketten faydalanılmıştır. Literatür çalışmalarından elde edilen bilgi birikimi ve kavramsal tasarım yöntemi bir arada kullanılarak öncelikle birçok farklı tasarım opsiyonunun elenmesi sağlanmış ve ulaşılan en iyi seçenek yardımıyla hedeflenen model roketin ön tasarımı gerçekleştirilmiştir. Detay tasarım aşamasında ise model roketin ön tasarımında belirlenen karakteristik özellikler ve kurtarma senaryolarına uygun olarak ana dış gövde başta olmak üzere her bir detay parça tasarlanmış, tüm bu parçaların ana gövdeye fonksiyonel yapılarını koruyarak montajı sağlanmıştır. Tasarımı tamamlanan model roketin uçuşu sırasında ulaştığı maksimum hız ve maksimum yükseklik hesaplandıktan sonra bu hızlara ulaşan roketin dayanım analizi gerçekleştirilmiştir. Atmosfer içerisinde uçuşunu gerçekleştiren roket sahip olduğu hızın karesiyle doğru orantılı olarak sürtünme kuvvetine maruz kalmakta ve roketin hava molekülleriyle sürekli etkileşim halinde olması sebebiyle uçuşu boyunca roketin sahip olduğu enerji ısı enerjisine dönüşerek kaybolacaktır. Bir sonraki kısmında ise roketin hava ile temas eden yüzeyleri triboelektrik nano malzeme ile kaplanarak uçuş boyunca sürtünme sebepli kaybolması muhtemel enerjinin bir kısmının geri kazanılması yani hasat edilmesi hedeflenmiştir. Sonuç olarak kavramsal tasarım yöntemiyle ön tasarımı gerçekleştirilmiş model roketin detay tasarımı yapılmış ve aynı zamanda hava araçlarının yüzeylerine nano malzeme kaplanmasıyla enerji hasadı gerçekleştirilebileceği fikri hakkında çalışma yapılmıştır.

Abstract:
The surface of a flying object in the atmospheric environment which is in contact with the air heats up due to friction and this heat energy is lost. Some of the energy that is likely to be lost can be recovered if the surface is covered with a triboelectric nanogenerator. This harvested energy can be used for a beneficial purpose. In this thesis study, rocket was chosen as the vehicle in which the harvested energy is used for a useful purpose. By using the knowledge gained from the literature studies and with the help of conceptual design method together, many different design options were eliminated and the best option of preliminary design of the targeted model rocket was realized. In the detailed design phase, each detail part, especially the main outer body, was designed in accordance with the characteristics and rescue scenarios determined in the preliminary design of the model rocket. In the detailed design phase, each detail part, especially the main outer body, was designed in accordance with the characteristic features and rescue scenarios determined in the preliminary design of the model rocket, and all these parts were installed on the main body. After calculation of the maximum speed, acceleration and altitude reached during the flight of model rocket, the strength analysis of the critical parts was carried out. In the next part, it is aimed to recover some of the energy that is likely to be lost due to friction during the flight. In other words, covering the surfaces of the rocket in contact with the air with triboelectric nano material is proper solution for energy harvesting. As a result, the detailed design of the model rocket, whose preliminary design was carried out with the conceptual design method, and at the same time, the idea that energy harvesting could be achieved by coating the surfaces of vehicles moving in the air was completed.