BOR UN ROKET YAKITLARINDA KULLANIMI

Transkript

1 /28 Roketsan Roket Sanayii ve Ticaret A.Ş. BOR UN ROKET YAKITLARINDA KULLANIMI SAVUNMA SANAYİİ NDE BORUN KULLANIMI ÇALIŞTAYI 14 HAZİRAN 2011 Emre ERDEM Serhat ÖZTÜRK

2 /28 Sunum Planı Bor un Roket Yakıtlarında Kullanımı Bor Kullanımında Karşılaşılan Zorluklar Zorlukları Gidermek Üzere Yapılan Çalışmalar Bor Hammaddelerinin Karakterizasyonu

3 /28 Bor un Roket Yakıtlarında Kullanımı Elementel Bor (Amorf yapıda) Bor Karbit (Bor Karbür; B4C) Boritler (AlB10)

4 /28 Bor Kullanımının Avantajları Kütle/Hacim başına çok yüksek değerlerde yanma ısısı açığa çıkartırlar Kütle başına yanma ısısı alüminyumun yanma ısısının yaklaşık 2, Magnezyumun yanma ısısının yaklaşık 2.5 katı kadardır Flor ve bileşikleri ile yüksek verimde reaksiyon verme özellikleri vardır. Uygun flor bileşikleri ile verdiği florinasyon tepkimesinin verdiği ısı, oksidasyon tepkimesinin verdiği ısıdan 1.8 kata kadar daha yüksek olabilmektedir Güvenlidirler; Yüksek kararlılığa sahip sağlam yapılar oluştururlar (yüksek aktivasyon enerjisi ile harekete geçerler)

5 /28 Bor Kullanımının Dezavantajları Kullanılan ve araştırılan bor ve bileşiklerinin uygun formlarının zor proseslerden geçerek elde edilebilmesi Kararlı yapıları dolayısıyla özel koşullar sağlanarak harekete geçirilebilmesi (> 1950 K sıcaklığın üzerinde sıcaklıklarda düzenli yanma reaksiyonu) Yanma odasında Borun oksitlenmesi sırasında oluşan oksit tabakalarının yanma hızında düzensizlikler meydana getirmesi Ulaşılan yüksek sıcaklıklar ve korozif etki sebebiyle Lüle, Enjektör, Akış Vanası gibi roket motor elemanlarında malzeme dayanımı ile ilgili sorunlar Motorlarda ciddi miktarlarda depozit (artık) bırakması

6 /28 Bor Kullanımının Dezavantajları Borlu katı yakıtların yanması sonucunda roket motor borularında kalan yakıt depositleri (artık yakıt) ; Düşük Basınç Yüksek Basınç

7 /28 Borlu Yakıt Geliştirme Çalışmaları Bor un yanma zorluklarının giderilmesi ile ilgili çalışmalar Hammadde Seçimi Katı Yakıt Tasarımı Roket Motoru Tasarımı

8 /28 Hammadde Seçimi Amorf Bor

9 /28 Amorf Borun Metal Kaplanması Hammadde Seçimi

10 /28 Borun Oksitleyici ile Kaplanması Hammadde Seçimi Amorf Bor un kütlece 1:1 oranında oksitleyici kimyasal ile kaplanması

11 /28 Borun Topaklandırılması Hammadde Seçimi

12 /28 Mg Kaplı B nin Karakterizasyonu Hammadde Seçimi Önemli Parametreler Saflık Kaplama Yüzdesi Kaplama Etkinliği Kaplama Kalınlığı Gerçekleştirilen Analizler Kimyasal Analiz XRD ICP-MS SEM FIB

13 /28 Mg Kaplı B Karakterizasyonu Kimyasal Analiz B ve Mg Analizi Kaplanmamış %10 Mg Kaplanmış %20 Mg Kaplanmış Toplam B (%) Toplam Mg (%) Kaplanmış Mg (%)

14 /28 Mg Kaplı B Karakterizasyonu XRD Kaplanmamış %10 Mg Kaplanmış %20 Mg Kaplanmış

15 /28 Mg Kaplı B Karakterizasyonu ICP-MS ICP-MS Analiz Sonuçları Örnek Element Kaplama (%) B (%) Mg (%) K (%) Toplam (%) Kaplanmamış %10 Mg Kaplanmış %20 Mg Kaplanmış

16 /28 Mg Kaplı B Karakterizasyonu SEM Kaplama Yapılmamış B %10 Kaplanmış B %20 Mg Kaplanmış B

17 Mg Kaplı B Karakterizasyonu SEM Kaplama Yapılmamış B %10 Mg Kaplanmış B %20 Mg Kaplanmış B ROKETSAN A.Ş. Türk Silahlı Kuvvetlerini Güçlendirme Vakfı nın Bir Kuruluşudur /28

18 Mg Kaplı B Karakterizasyonu SEM Kaplama Yapılmamış B %10 Mg Kaplanmış B %20 Mg Kaplanmış B ROKETSAN A.Ş. Türk Silahlı Kuvvetlerini Güçlendirme Vakfı nın Bir Kuruluşudur /28

19 /28 Mg Kaplı B Karakterizasyonu SEM-BSE %20 Mg Kaplanmış

20 Mg Kaplı B Karakterizasyonu FIB a) SEM-SE b) SEM-BSE c) SEM-BSE d) SEM-BSE %10 Mg Kaplanmış ROKETSAN A.Ş. Türk Silahlı Kuvvetlerini Güçlendirme Vakfı nın Bir Kuruluşudur /28

21 Mg Kaplı B Karakterizasyonu FIB a) SEM-SE b) SEM-SE c) SEM-BSE d) SEM-BSE %20 Mg Kaplanmış ROKETSAN A.Ş. Türk Silahlı Kuvvetlerini Güçlendirme Vakfı nın Bir Kuruluşudur /28

22 /28 Yakıt / Motor Tasarımı

23 /28 Yakıt / Motor Tasarımı Roket Yakıtı Yüksek % ile Bor içeren kompozit katı yakıtların proses edilebilirliği Ağırlıkça %20 oranına kadar Bor içeren katı roket yakıtları için proses koşulları belirlenmiş ve üretimi yapılmıştır Bor parçacık boyutunun belirlenmesi Hammadde olarak kullanılan Bor parçacık boyutunun değiştirilerek yakıt formülasyonunda ağırlıkça %40 a kadar Bor kullanılmasının mümkün olduğu bilinmektedir.

24 /28 Yakıt / Motor Tasarımı Roket Yakıtı Roket yakıtlarına özgü olan yanma hızı parametresinin istenilen değerlere ulaştırılabilmesi için yapılan çalışmalar %20 Bor içeren katı yakıtlarda yanma hızının düşük (<10mm/s) olduğu tespit edilmiş; Yakıt yanma hızının artırılması için çalışmalar devam etmektedir. Roket yakıtlarına özgü olan basınç üssü parametresinin istenilen değerlere ulaştırılabilmesi için yapılan çalışmalar Bor topaklandırma prosesinin belirlenerek istenilen parçacık büyüklüğüne sahip topakların elde edilmesi ile ilgili çalışmalar yapılmaktadır.

25 /28 Yakıt / Motor Tasarımı Roket Motoru Yanan Bor parçacıklarının yanma odasında kalma süresinin optimizasyonu Akış analizi ve termokimyasal hesaplama programları yardımıyla yüksek yanma verimine ulaşılacak motor boyutları belirlenecektir Yanma basıncının optimizasyonu Düşük ve yüksek yanma odası basınçlarda yapılan test sonuçları analiz edilerek uygun yanma basıncı aralığı belirlenmiştir. Yanma odası sıcaklığının optimizasyonu Formülasyonda kullanılan Bor oranı ve parçacık boyutu dikkate alınarak yüksek verimde yanmanın sağlanacağı sıcaklık aralığı belirlenmiştir.

26 /28 Değerlendirme ve Sonuç Dünyadaki diğer örneklere bakıldığı zaman Bor kullanımının getireceği büyük avantajlar olduğu görülmektedir. Başarılı Borlu yakıt uygulamaları için doğru hammadde seçimi, yakıt ve motor tasarım parametrelerinin yanma verimini artıracak şekilde optimize edilebilmesi çok önemlidir. ROKETSAN da yürütülen geliştirme ve test çalışmalarında Borlu yakıtlar konusunda dünyada yapılan çalışmalara paralel olarak olumlu sonuçlar alındığı görülmekte ve geliştirme çalışmaları planlandığı şekilde yürütülmektedir.

27 /28 Teşekkürler