Savunma teknolojilerinde uzun menzilli ve yüksek hızlı uçuş yeteneği, ülkelerin stratejik üstünlüğü için kritik öneme sahip. ABD Deniz Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarı'ndaki (NRL) bilim insanları, bu alandaki en büyük mühendislik engellerinden biri olan "yanma odası dinamiğini" çözerek, katı yakıtlı ramjet (SFRJ) tahrik sistemlerinde yeni bir dönem başlattı.
Geleneksel roket sistemlerinden farklı olarak oksijen tankı taşımayan ve ihtiyacı olan oksijeni atmosferden alan SFRJ sistemleri, aynı hacimde daha fazla yakıt taşıyabilme avantajı sunuyor.
NRL Yanma Bilimcisi Dr. Brian Bojko, bu teknolojinin potansiyelini, "Tüm oksitleyiciyi çıkarıp yerine havadaki oksijeni kullanırsanız, aynı form faktöründe menzili yüzde 200 ila 300 oranında artırabilirsiniz" sözleriyle özetliyor.
DENEME-YANILMA YÖNTEMİ TARİH OLUYOR
Bugüne kadar SFRJ motorlarının geliştirilmesindeki en büyük engel, yanma odasındaki aşırı sıcaklık, kurum ve hızla değişen akış yapılarıydı. Bu zorlu ortam, geleneksel sensörlerin veri toplamasını engelliyor, mühendisleri "Edisonvari" bir deneme-yanılma sürecine mahkum ediyordu.
NRL ekibi, geliştirdikleri yeni optik teşhis yöntemleri sayesinde, çalışan bir motorun içine "bakmayı" başardı. Bu yöntem, alev sıcaklığı, yakıt gerilemesi ve gaz fazındaki türlerin ölçülmesine olanak tanıyarak, süreci tahminlere dayalı olmaktan çıkarıp veriye dayalı bir mühendislik disiplinine dönüştürdü.
SİMÜLASYONLARDA YÜKSEK DOĞRULUK
Elde edilen deneysel veriler, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) modellerinin doğrulanmasında kullanılıyor. Araştırmacılar, Reynolds Ortalamalı Navier-Stokes (RANS) ve Ayrık Girdap Simülasyonu (DES) gibi gelişmiş modelleme tekniklerini kullanarak, motor içindeki türbülanslı yapıları analiz ediyor.
NRL Kıdemli Hesaplamalı Bilimci Dr. David Kessler, "Bu teşhis yöntemleri bize daha önce sahip olmadığımız veriler sağlıyor. Sadece birkaç basınç noktasıyla simülasyon yapmak yerine, alev yapısını ve yanma türlerini doğrudan doğrulayabiliyoruz" ifadelerini kullandı.
ENERJİ YOĞUNLUĞU ARTIRILMIŞ KOMPOZİT YAKITLAR
Araştırmanın bir diğer ayağı ise yakıt kimyasına odaklanıyor. Bilim insanları, polimer bazlı yakıtların (HTPB) enerji yoğunluğunu artırmak için metal parçacıkları eklenen gelişmiş kompozit yakıtlar üzerinde çalışıyor.
Metal parçacıklar, yanma sırasında aleve salınarak aynı hacimdeki yakıttan daha fazla enerji elde edilmesini sağlıyor. NRL Malzeme Bilimcisi Dr. Albert Epshteyn, temel zorluğun makul bir yanma hızını korurken yakıt bloğuna maksimum enerjiyi sığdırmak olduğunu belirtiyor.
RİSK AZALIYOR, MALİYET DÜŞÜYOR
NRL'nin geliştirdiği bu entegre yaklaşım, savunma sanayiinde geliştirme sürelerini kısaltmayı ve maliyetli tam ölçekli testlere geçmeden önce tasarımların bilgisayar ortamında doğrulanmasını hedefliyor.
Laboratuvar ortamında elde edilen başarının, operasyonel itki sistemlerine aktarılması için çalışmalar sürüyor. Bu teknolojik atılımın, geleceğin hipersonik ve uzun menzilli füze sistemlerinin temelini oluşturması bekleniyor.
