Simetrik bir scramjet motorunun farklı atmosferik ve çalışma koşulları altında analitik ve nümerik incelenmesi
Simetrik bir scramjet motorunun farklı atmosferik ve çalışma koşulları altında analitik ve nümerik incelenmesi
Yazar: Turmuş, Ahmet; Özdamar, Aydoğan
Dergi: Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Vol. 41 No. 1, 2025
Anahtar kelimeler: Gas Dynamics ; Gaz Dinamiği ; Hipersonik akış,Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD),Scramjet,Başlatmama

Çalışmada, dikdörtgen kesit alanına ve simetrik iç sıkıştırma sistemine sahip, yanıcı olarak hidrojen (H2) kullanan, 20-30 km irtifalarda ve Mach sayısı 5 ila 8 arasında değişen hızlarda çalışan bir scramjet motoru analitik ve nümerik yaklaşımla termodinamik açıdan incelenmiştir. Çalışmanın amacı, farklı irtifa ve hız koşullarındaki bir scramjet motorunu analitik ve nümerik yöntemle inceleyip bu bölümlerdeki akış özelliklerini belirleyerek hem motora etkilerini ortaya koymak hem de analitik ve nümerik sonuçları karşılaştırmaktır. Analitik incelemede, sıkıştırma ve yanma bölümlerinin boyutlandırılmasında kullanılan eğik şok dalgası, toplam basınç geri kazanımı ve Rayleigh akışı teorilerine dayanan analitik bir yöntem kullanılmıştır. Atmosferik havanın mükemmel gaz ve viskoz etkileri olmadığı varsayılmıştır. Nümerik analizde ise Reynolds-Averaged Navier Stokes (RANS) tekniği ile k–ε modeli kullanılarak iki boyutlu olarak simüle edilmiştir. İrtifa ve Mach sayısı değişimine bağlı olarak motor içerisindeki akışın termodinamik özelliklerinin belirlenmesiyle bu değerlerin motor üzerindeki olumlu ve olumsuz etkileri grafiklerle açıklanarak tartışılmıştır. Serbest akış Mach sayısının akış boğulmasına etki eden sıcaklık ve basıncı doğrudan etkilediği, özellikle 6 Mach altındaki değerlerde motorda olası bir başlatmama sorununa sebep olacağı gözlemlenmiştir.

Çalışmada, dikdörtgen kesit alanına ve simetrik iç sıkıştırma sistemine sahip, yanıcı olarak hidrojen (H2) kullanan, 20-30 km irtifalarda ve Mach sayısı 5 ila 8 arasında değişen hızlarda çalışan bir scramjet motoru analitik ve nümerik yaklaşımla termodinamik açıdan incelenmiştir. Çalışmanın amacı, farklı irtifa ve hız koşullarındaki bir scramjet motorunu analitik ve nümerik yöntemle inceleyip bu bölümlerdeki akış özelliklerini belirleyerek hem motora etkilerini ortaya koymak hem de analitik ve nümerik sonuçları karşılaştırmaktır. Analitik incelemede, sıkıştırma ve yanma bölümlerinin boyutlandırılmasında kullanılan eğik şok dalgası, toplam basınç geri kazanımı ve Rayleigh akışı teorilerine dayanan analitik bir yöntem kullanılmıştır. Atmosferik havanın mükemmel gaz ve viskoz etkileri olmadığı varsayılmıştır. Nümerik analizde ise Reynolds-Averaged Navier Stokes (RANS) tekniği ile k–ε modeli kullanılarak iki boyutlu olarak simüle edilmiştir. İrtifa ve Mach sayısı değişimine bağlı olarak motor içerisindeki akışın termodinamik özelliklerinin belirlenmesiyle bu değerlerin motor üzerindeki olumlu ve olumsuz etkileri grafiklerle açıklanarak tartışılmıştır. Serbest akış Mach sayısının akış boğulmasına etki eden sıcaklık ve basıncı doğrudan etkilediği, özellikle 6 Mach altındaki değerlerde motorda olası bir başlatmama sorununa sebep olacağı gözlemlenmiştir.