TÜBİTAK 2209-A ÜNİVERSİTE ÖĞRENCİLERİ YURT İÇİ ARAŞTIRMA PROJELERİ DESTEK PROGRAMI ELEKTROMANYETİK FIRLATMA SİSTEMİ ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ Projenin Tematik Alanı Elektrik Teknolojileri Tematik Alanı Proje Ortakları Oğuz ÖZAYDIN Proje Danışmanı 1
İçindekiler 1. Özet... 3 2. Motivasyon... 3 3. Projenin İçerdiği Yenilik Unsuru... 4 4. Yöntem ve Metotlar... 4 5. Proje Planı... 5 6. Sonuç... 6 7. Kaynaklar... 6 2
1.Özet Elektrik 19.yy dan itibaren günlük yaşamımızın ayrılmaz bir parçası olmuştur. Geçmişten günümüze, elektriksel sistemler üzerine temel fizik kanunlarından faydalanılarak birçok sistem geliştirilmiştir. Temel fizik kanunlarından faydalanılarak geliştirilen sistemlerden biriside manyetik fırlatma sistemidir. Günümüzde fırlatma sistemlerinde barut ve benzeri yanıcı malzemeler kullanılmasına karşın manyetik fırlatıcılarda ise herhangi bir yanıcı malzeme kullanılmayıp çevreye çok daha zararsız ve tehlikeleri minimuma indirgenmiş elektromanyetizmadan faydalanılmaktadır. Projede, fiziğin sağ el kuralı temellerine dayanılarak oluşturulan manyetik alanın kullanılması hedeflenmektedir. Oluşturulacak manyetik alan vasıtasıyla ferromanyetik malzemeleri bir yerden başka bir yere düşük hızda (15 m/sn) fırlatabilecek bir prototip sistem geliştirilmesi hedeflenmektedir. Yüksek manyetik alanı oluşturmak için hızla deşarj olabilecek birkaç aküden yüksek akım sağlanacaktır. Akülerden çekilen akımın sınırlandırılması ve kontrol edilmesi için yüksek akım tristörleri kullanılacaktır. 2. Motivasyon Geleneksel fırlatma sistemlerinin yanında manyetik fırlatma sistemi teknolojisinin yeterli olgunluğa erişerek kullanımının yaygınlaşması beklenmektedir. Manyetik fırlatma sistemleri, mevcut ateşli sistemlere göre birçok üstünlüğü bulunmaktadır. Manyetik fırlatma sistemlerinde, büyük bir patlama gücü yerine sadece elektrik kullanılarak oluşturulan kuvvet sayesinde yüksek hızlarda ve uzak mesafelere fırlatma işlemi gerçekleştirilmektedir. Manyetik fırlatma sistemi için özellikle gelişmiş ülkelerde birçok geliştirme çalışması yürütülmektedir. Nitekim ABD ordusu bu konuda 2005 yılından bu yana üzerinde çalışılmaya devam eden railgun adlı projeyi geliştirilerek silah yapma aşamasına kadar gelmiş ve bu projeye 211 milyon dolar harcayarak 9 kilogramlık bir merminin saatte 9076 kilometrelik hızla hedefe göndermeyi başarmıştır. Bu proje sonunda geliştirilmesi planlanan prototip manyetik fırlatma sisteminin düşük bir hızda çalışmasına karşın konu hakkında önemli geliştirme tecrübelerinin kazanılması hedeflenmektedir. Bu projeden alınacak sonuçlara göre Erciyes Üniversitesi akademisyenleri ve Savunma Sanayi Müsteşarlığı ile birlikte yeni projeler geliştirilmesi ön görülmektedir. 3
3. Projenin İçerdiği Yenilik unsuru Projenin önemli özelliği bugüne kadar alışagelmiş barutlu ateşleyici bir sistem olmadan sadece basit bir elektrik mekanizması ile yapılan atış işlemini daha verimli hale getirmesidir. Tasarım bakımından diğer atış sistemlerinden daha farklı ve ergonomik olması da bir diğer özelliğidir. Önceden alınmış diğer tescillere göre, nihai çıktı sonucunda endüstriyel tasarım, patent gibi fikri/sinai mülkiyet hakkı yüksektir. Projede sisteme verilecek akım biri (+),diğeri (-) kutuplu olan iki raya bağlanacak ve verilen akım vasıtasıyla oluşan manyetik alandan meydana gelen itici kuvvet ile atış işlemi geçekleştirilecektir. Yapılacak olan bu projede diğer atış sistemlerinin aksine daha basit ve yenilikçi bir tasarım ortaya çıkmıştır. 4.Yöntemler ve Metotlar Projede fiziğin temel kurallarından olan Lorentz kuramından faydalanılacaktır. Lorentz kuramına göre bir birine paralel iki iletken arasında bulunan bu iki iletkene dik ve iki iletken arasındaki bağlantıyı sağlayan bir iletken yerleştirilip, bu üç iletken üzerinde akım geçirildiğinde, ortadaki iletken üzerinde bir manyetik kuvvet oluşmaktadır. Malzeme yapısı ve kullanılan malzemelerin türü bakımından çeşitli ülkelerin çalışmalarında kullandıkları ya da piyasada kullanılan çeşitli sistemler ile sadece mantık olarak benzer olup, diğer ürünlerin aksine yüksek maliyetlerde değildir. Bu sayede yapacağımız sistemin geliştirilebilirliğini incelemek açısından amacımız, daha çok test edebileceğimiz bir cihaz üretebilmektir. Projede iletken olarak bir birine paralel iki ray kullanılacaktır. Rayların bir birine olan iletkenliğini sağlayacak, raylar üzerine yataklanmış, sürtünmesi azaltılmış ve raylar üzerinde rahatça hareket edebilen bir iletken araba kullanılacaktır. Arabaya bağlı olarak fırlatılabilecek ferromanyetik bir yapıya sahip olan 50 gramlık bilye kullanılacaktır. Raylardan akım geçirebilmek için bir akü, akü ve ray arasındaki elektrik iletimini sağlamak için ise 16 lık kablo tertibatı kullanılacaktır. Anahtarlama yapılabilmesi ve yüksek akımın kontrol edilebilmesi için bir kontrol devresi geliştirilecek ve bu devrede yarı iletken bir anahtarlama elemanı olan tristör kullanılacaktır. Raylar üzerindeki akımın kontrolü için pens ampermetre kullanılacaktır. Test işlemleri için bölümümüz laboratuvarları kullanılacaktır. Test işlemlerinde her türlü güvenlik önlemlerini alınacaktır. Hedeflenen ölçülere ulaşmak için testler yapılacak ve yapılan tesler videoya düzenli şekilde alınıp, raporlar tutularak projenin verimliliği test edilecektir. Aşağıda proje sisteminin kurulumu gösterilmektedir. 4
Projenin çalışma prensibinin çizimi 1. Sarı oklar akımın gidiş yönünü 2. Raylar üzerindeki daire şeklindeki oklar manyetik alanı 3. Raylara paralel olan ok ise Lorentz kuvvetinin yönünü göstermektedir. 5.Proje Planı Projede ilk olarak yukarıdaki görülen raylar temin edilecek veya üretilecektir. Manyetik malzeme taşıma arabası ve ayrılma mekanizması temin edilecek veya üretilecektir. Sistemin verimli bir şekilde çalışmasını sağlayabilen kısa devre akımına sahip bir akü temin edilecektir. İçerisinde anahtarlama elemanı bulunan bir elektrik devresi tasarlanacak, elektrik devresinin akü ve raylar arasındaki elektriksel bağlantılar tamamlanacaktır. Tüm montaj işlemleri yapıldıktan sonra sistemin ilk testleri yapılacak ve hedeflenen ölçütlere ulaşılması sağlanacaktır. GÖREV AŞAMALARI Başlangıç tarihi Bitiş tarihi Süreç(Gün) Malzeme temini 15.06.2014 01.08.2014 48 Şekillendirme ve İmalat 02.08.2014 22.08.2014 20 Birleştirme 23.08.2014 02.09.2014 10 Verimlilik testleri 03.09.2014 13.09.2014 10 Proje Çıktılarının Değerlendirilmesi 14.09.2014 29.09.2014 15 5
Önceden belirlediğimiz malzemelerin siparişlerinin verilmesi ve bize ulaşması için gereken zaman diğerlerine göre daha fazla sürecektir. Malzeme temininden sonra projemize uygun olarak şekillendirme faaliyetleri için gereken zaman, yoğun şekillendirme çalışmaları olacaksa arttırılabilir. Birleştirme işlemi şekillendirmeye göre daha kısa sürecektir ama her ihtimale karşı biraz uzun tutuyoruz. Verimlilik testlerinde yapılacak ölçümler istenilen değer ile sistemin çıkış değerlerinin karşılaştırılması ve tutarsızlıkların giderilmesi için geçen süre birkaç deneme yapılarak sonuçların kaydedilmesinde geçen süre. Son olarak her şeyin istenilen parametrelere uygun olarak yapıldığı ve çalıştığı konusundaki çıktıları değerlendirerek projemizin bitme aşamasına gelmiş olacağız. 6.Sonuç Hedefler doğrultusunda projemiz herhangi bir ateşleyici malzemeye gerek kalmadan sadece elektrikle ürettiğimiz manyetik alan kullanılarak oluşturulan ve geliştirilerek savunma sanayinde kullanılabilmesi mümkün olan bir sistemdir. Yapacağımız projenin basitliği sayesinde kolay oluşturulabilen bir sistem ile daha verimli atış gerçekleştirme işlemi projemizin en önemli getirisidir. 7.Kaynak 1.http://turkish.alibaba.com/product-gs/magnetic-pulley-for-isolated-ferromagnetic-materials- 1222071679.html 2. https://www.megaelektrikshop.net/kategori_ankt_6547.html 3. http://www.ucuzaku.com/mutlu-aku-fiyatlari.html 6