Burun Konisi
İçerik
- Burun Konisi Nedir?
- Burun Konisi Nasıl Tasarlanır?
- Burun Konisi Şekilleri
- Burun Konisi Malzemeleri
- Burun Konisi Omuzluğu
- Kaynakça & İleri Okuma
Roketin atmosfer içerisinde uçuşu sırasında hava direncini en aza indirmek için kullanılan aerodinamik parçadır. Konumu sayesinde rokette hava ile ilk önce burun konisi temas eder. Bu yüzden roketin genel uçuş performansını etkileyen parçalardandır.
Burun Konisi Nasıl Tasarlanır?
Burun konisi tasarımına geçmeden önce roketin görevinin belirlenmesi gerekir. Bu görevin içerisinde roketin tepe noktası, rampa çıkış hızı, en yüksek hızı ve ivmesi gibi kavramlar burun konisi tasarımını etkilemektedir. Burun konisi roketin görevine uygun tasarlanması için malzeme ve geometrisi, roketin kanatları, gövde tüpü ile beraber roketin kararlı olması için roketin ağırlık ve basınç merkezi göz önünde bulundurularak tasarlanması gerekir. Roketin kararlılığını Rocket Fx’in “Kararlılık” sayfası üzerinden hesaplayabilirsiniz.
Sübsonik roketlerde burun konisinin daha çok küresel olması, süpersonik roketlerde ise sivri uçlu, konik geometrilerde olması tercih edilir. Transonik roketler için daha farklı geometriler tercih edilir. Malzeme olarak roketin ulaşacağı en yüksek hız dikkate alınıp sürtünmeden kaynaklı yaşanacak ısıya ve hava direncinin oluşturacağı etkiye dayanıklı olması gerekir. Roketin ağırlık merkezini ayarlamak için burun konisinin içi dolu veya burun konisi belli bir kalınlıkta olup içi boş olabilir. Bu tasarım etkenleri göz önünde bulundurulduğunda üretim kolaylığından dolayı yaygın olarak ağaç türü malzemeler kullanılsa da fiberglas, karbon fiber gibi malzemeler de kullanılmaktadır. Burun konisi tek bir malzemeden yapılabileceği gibi 2 veya daha fazla çeşitli malzemelerden de yapılabilir. Karşıladığı hava akışını gövdeye daha verimli iletmesi için burun konisinin üstü kaplanabilir veya boyanabilir. Böylece hava akışına karşı daha verimli yüzey elde edilebilir. Ama bu işlemler yapılırken burun konisinin ne kadar kalınlaşacağı, şeklinin deforme olması, ağırlık merkezinin nasıl değişeceğine dikkat edilmelidir. Burun konisi tasarımındaki bir diğer etken ise geometrisinin sürüklenme özelliğidir. Transonik ve süpersonik roketlerde kullanılacak farklı burun konisi şekillerine ait sürüklenme özelliklerinin karşılaştırılması aşağıdaki şemada verilmiştir. Şemada sürüklenme bakımından 1 çok iyi, 2 iyi, 3 orta, 4 düşük değeri temsil ediyor.
Bütün bunlar göz önünde bulundurularak burun konisi tasarımı matematiksel olarak ifade edilebilir.
Bu ifadede R taban yarıçapı, L uzunluk, x ve y sırasıyla koninin uzunluğu veya tabanı boyunca herhangi bir noktada uzunluk ve yarıçapın pozisyonlarıdır.
Burun Konisi Şekilleri
Farklı özelliklere sahip roketler tasarlanırken optimum değerlere ulaşmak için farklı geometrilerde burun konileri kullanılır. Benzer özelliklere sahip roketlerde benzer geometrilerde burun konileri kullanılır. Böylece roket tasarlarken istenilen özellikte nasıl bir burun konisi geometrisi kullanılması gerektiği matematiksel olarak ifade edilebilir. Bu geometilerden en popüler olanlardan bazılarını aşağıda sıraladık.
Konik
Genellikle yüksek hız ve irtifa istenen roketlerde kullanılır. Üretimi kolay olduğu için kullanımı oldukça yaygındır. Ucunun sivri olması ve düz bir çizgi olarak tabana doğru genişlemesinden dolayı hava ile etkileşiminden rokete yüksek ivme kazandırır. Böylece roket motoru durduktan sonra roket yol almaya devam eder.
Konik burun konisi elde etmek için aşağıdaki formüller kullanılabilir.
Küresel Kesilmiş Konik
Küresel kesilmiş koni, konik şeklin ucunun küreselleştirilmiş halidir. Bu şekilde hem konik geometrisinin hem de küresel geometrinin avantajlarından yararlanılır. Böylece düz bir çizgi elde edilirken bururn konisinin ucunun küresel olmasıyla optimum hız ve irtifa belirlenir.
Küresel ucun koni ile birleştiği teğet noktası aşağıdaki formül ile ifade edilir.
Küresel ucun merkezi aşağıdaki formül ile ifade edilir.
Bikonik
Bikonik geometrisi L1 uzunluğunda bir koninin, L2 uzunluğunda üst kısmı kesilmiş bir koninin üzerine bindirilmiş halidir. Burun konisine temas eden havanın gövdeye daha verimli aktarılması için tasarlanmış konik geometrisinin özel durumudur.
L2 + L1 = L durumunda; X paremetreniz 0 ile L1 arasında değişiyorsa denklem 2 eşitliği, L ile L1 arasında değişiyorsa denklem 2 eşitliği oluşur.
Bikonik geometrisi elde etmek için aşağıdaki formüller kullanılır.
Yarım açı formülleri şu şekidedir:
Tanjant Ojiv
Ojiv geometrisi, bir dairenin etrafına sarılmış bir profile sahiptir. Üretim formülündeki parametre değeri 1 alındığında tanjant ojiv şekli üretilir. Üretimi kolay olduğu için roketlerde sık rastlanan burun konisi şeklidir. Bikonik geometrisinin kavisli halidir.
Tanjant ojiv geometrisi elde etmek için aşağıdaki formüller kullanılır:
Tanjant ojiv geometrisi elde etmek için aşağıdaki formüller kullanılır:
Formülde p ojiv yarı çapıdır.
x, 0 ve L arasında değer alabilir ve x noktasındaki y yarıçapı aşağıdaki formülle ifade edilir.
Küresel Kesilmiş Tanjant Ojiv
Küresel kesilmiş tanjant ojiv, tanjant ojiv geometrisinin ucunun küreselleştirilmiş halidir. Böylece hem tanjant ojiv geometrisinin kavisli geçişini elde edip hem de küresel uç ile optimum hız ve irtifa belirlenir.
Tanjant ojiv ile küresel ucun birleştiği teğet noktasını bulmak için aşağıdaki formül kullanılır.
Şeklin tepe noktası da aşağıdaki formüllerle elde edilir.
Sekant Ojiv
Tanjant Ojiv üretmek için kullanılan formül sekant ojiv üretmek için de kullanılır. Tanjant ojiv için parametre değerinin 1’den küçük olması durumunda sekant ojiv geometrisi ortaya çıkar. Daha optimum roketler için için alternatif sekant ojiv geometrisi de üretilebilir.
Sekant ojiv geometrisini elde etmek için aşağıdaki formüller kullanılır. x, 0 ve L arasında değer alabilir ve x noktasındaki y yarıçapı aşağıdaki formülle ifade edilir.
Alternatif sekant ojiv elde etmek için ise aşağıdaki formül kullanılır. Formüldeki p tanjant ojiv elde etmek için seçilen değerden küçük olmalıdır böylece elde edilen geometri taban çapından daha geniş olacaktır.
Eliptik
Geometri olarak bir elipsin yarısıdır. Geometrisi ve ucunun küresel olmasından dolayı genellikle sübsonik roketlerde tercih edilen burun konisi şeklidir.
Eliptik geometrisinde burun konisi elde etmek için çapın en az iki katı uzunlukta tasarım yapılır. Eğer uzunluk çapın yarısı olursa bu şekilde bir yarım küre elde edilir.
Eliptik burun konisi elde etmek için “Eliptik Burun Konisi denklem 1” formülü kullanılır.
Parabolik
Bir parabolün kendi etrafında dönmesi ile oluşturulur. Genel formülü tasarım konusunda esnektir. Farklı birçok tasarım elde edilebilir.
Bir parabolün kendi etrafında dönmesi ile oluşturulur. Genel formülü tasarım konusunda esnektir. Farklı birçok tasarım elde edilebilir.
Genellikle kullanılan formüllerde k değeri farklı şekillere göre aşağıdaki tablodaki gibi değişmektedir.
Parabol Tipi | K’ değeri |
Konik | 0 |
Yarım | 0.5 |
Üç Çeyrek | 0.75 |
Tam | 1 |
Kuvvet Serisi
Kuvvet serisi, parabolik serisinin özel bir halidir.
Kuvvet serisi elde etmek için aşağıdaki formül kullanılır.
Genellikle kullanılan formüllerde n değeri farklı şekillere göre aşağıdaki tablodaki gibi değişmektedir.
Kuvvet Serisi Tipi | n Değeri |
Silindir | 0 |
Yarım (parabol) | 0.5 |
Üç Çeyrek | 0.75 |
Konik | 1 |
Haack Serisi
Haack serisi geometrisi, sürtünmeyi en aza indirmek için tasarlanmıştır. Haack serisi geometrisi üretmek için aşağıdaki formül kullanılır.
Haack serisi geometrisi, sürtünmeyi en aza indirmek için tasarlanmıştır. Haack serisi geometrisi üretmek için aşağıdaki formül kullanılır.
Formülde C için kullanılan iki değer özel iki geometriyi oluşturur. C = 0 olduğunda, LD olarak ifade edilen minimum sürüklenmeye sahip uzunluk ve çapı oluşturur. C = 1/3 olduğunda ise, LV olarak ifade edilen minimum sürüklenme için uzunluk ve çapı oluşturur.
Özel durumlarda C’nin değeri aşağıdaki tablodaki gibidir.
Haack Serisi Tipi | C Değeri |
LD (Von Karman) | 0 |
LV | 1/3 |
Tanjant | 2/3 |
Burun Konisi Malzemeleri
Burun konisi tasarımı yapıldıktan sonra o tasarıma uygun üretilebilir malzeme seçimi yapılması gerekir. Üretilebilirliğin içinde maliyet, temin edilebilirlik, istenilen ölçüde dayanıklılık, ağırlık, rijitlik gibi yapısal konulara dikkat edilmelidir. Genelde yaygın olarak şekillendirilebilirliği kolay olduğu için ağaç türü malzemeler kullanılır. Ağaç türlerinin de alternatiflerine göre daha kolay bulunan ve ucuz olan malzemeler çam ve sedirdir. Ağaç türlerinin dışında karbon fiber, fiberglas, alüminyum gibi malzemelerinden de burun konisi yapılmaktadır. Bu malzemeler tek başına kullanıldığı gibi birlikte de kullanılmaktadır. Örneğin burun konisinin ucunu alüminyumdan yapıp geriye kalan kısmını ahşaptan yapmak veya ahşaptan yapıp üstünü kompozit malzeme ile kaplamak gibi… Malzemeler hakkında daha detaylı bilgiyi Model Roketçilikte Kullanılan Malzemeler sayfasından ulaşabilirsiniz.
Burun Konisi Omuzluğu
Burun konisi üretilirken burun konisini gövdeyle birleştirmek için burun konisi omuzluğu kullanmak gerekir. Burun konisi omuzluğu genelde, burun konisine sabit, burun konisinin ve roket gövdesinin çapından daha dar, roketin gödesine paralel, aynı geometriye sahip uzun iç gövde parçasıdır. Burun konisi uçuş esnasında roketten ayrılacaksa gövdeye sıkı geçme ile yerleştirilebileceği gibi eğer roketten ayrılmayacaksa vidalama yöntemi ile gövdeye yerleştirilebilir. Malzeme olarak model rokette kullanılan birçok malzeme kullanılabilir. -Malzemeler ve üretim yöntemleri ile ilgili daha detaylı bilgiye model roketçilikte kullanılan malzemeler sayfasından ulaşabilirsiniz.-Ya da burun konisi üretilirken burun konisi ile beraber üretilebilir. Burun konisinden ayrı üretilecekse, geometrisi roket gövdesi ile benzer olduğundan üretim yöntemi olarak gövde ile aynı yöntemler kullanılabilir. Güvenli bir uçuş için eğer gövdeye vidalanmayacaksa roket gövdesinin çapının en az 1.5 katı kadar uzunlukta olmalıdır.
Kaynakça & İleri Okuma
- Burun konisi profillerini oluşturmak için kullanılan genel parametreler görseli | Flanker, wikimedia.com, 06.05.2009.
- Konik burun konisi görseli | Flanker, wikimedia.com, 6.05.2009.
- Konik burun konisi 3D görseli | IanSan5663, wikimedia.org, 17.06.2018.
- Küresel kesilmiş konik görseli | JHuwaldt, wikimedia.org, 20.01.2009
- Küresel kesilmiş konik 3D görseli | IanSan5663, wikimedia.org, 17.06.2018
- Bikonik burun konisi görseli | Ruleke, wikimedia.org, 06.04.2005.
- Bikonik burun konisi 3D görseli | IanSan5663, wikimedia.org, 17.06.2018
- Tanjant ojiv burun konisi görseli | Ruleke, wikimedia.org, 07.04.2005.
- Tanjant ojiv burun konisi 3D görseli | IanSan5663, wikimedia.org, 17.06.2018.
- Küresel kesilmiş tanjant ojiv burun konisi görseli | JHuwaldt, wikimedia.org, 01.12.2009
- Küresel kesilmiş tanjant ojiv burun 3D konisi görseli | JHuwaldt, wikimedia.org, 01.12.2009
- Sekant ojiv burun konisi görseli | Ruleke, wikimedia.org, 07.04.2005.
- Sekant ojiv burun konisi 3D görseli | IanSan5663, wikimedia.org, 17.06.2018.
- Alternatif sekant ojiv burun konisi görseli | Ruleke, wikimedia.org, 07.04.2005.
- Alternatif sekant ojiv burun konisi 3d görseli | IanSan5663, wikimedia.org, 17.06.2018.
- Eliptik burun konisi görseli | XRD0DRX, wikimedia.org, 02.03.2011.
- Eliptik burun konisi 3D görseli | IanSan5663, wikimedia.org, 17.06.2018.
- Parabolik burun konisi yarım 3D görseli | IanSan5663, wikimedia.org, 17.06.2018.
- Parabolik burun konisi yüzde yetmiş beş 3D görseli | IanSan5663, wikimedia.org, 17.06.2018.
- Parabolik burun konisi tam 3D görseli | IanSan5663, wikimedia.org, 17.06.2018.
- Parabolik burun konisi görseli | Gary A. Crowell Sr., The Descriptive Geometry Of Nose Cones, 1996.
- Kuvvet serisi burun konisi yarım 3D görseli | IanSan5663, wikimedia.org, 17.06.2018.
- Kuvvet serisi burun konisi yüzde yetmiş beş 3D görseli | IanSan5663, wikimedia.org, 17.06.2018.
- Kuvvet serisi burun konisi illüstrasyonu | Gary A. Crowell Sr., The Descriptive Geometry Of Nose Cones, 1996.
- Haack serisi burun konisi görseli | Gary A. Crowell Sr., The Descriptive Geometry Of Nose Cones, 1996.
- Haack serisi burun konisi Von-Karman LD-Haack 3D görseli | IanSan5663, wikimedia.org, 17.06.2018.
- Haack serisi burun konisi LV-Haack 3D görseli | IanSan5663, wikimedia.org, 17.06.2018.
- Haack serisi burun konisi illüstrasyonu | Andresenman, wikimedia.org, 27.12.2013
- Burun konisi sürüklenme şeması | Ruleke, wikimedia.org, 02.11.2006.
- Bilgi | Roketsan, Model Roketçilik, 20.03.2020.
- Bilgi | Uçak Müh. Emrah Asılyazıcı, Model Roket Tasarımı, 2001.
- Bilgi | DUTlab, DUTlab VENÜS Projesi, 2021
- Bilgi | Teknofest, Roket Yarışması Şartnamesi, 2022.
- Bilgi | Aditya Rajan Iyer, Anjali Pant, A Review On Nose Cone Designs For Different Flight Regimes, International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), 2020
_____________________________________________________________________________________
Rocket Fx Wiki bir DUTlab Projesidir.
Temmuz 2024 – Tüm Hakları Saklıdır.