İçeriğe atla

Scramjet

Scramjet (supersonic combustion ramjet) bir ramjet çeşidi olup farklı olarak supersonik yanma odasına sahiptir. Havanın sıkıştırılarak alındığı, yakıtın yakıldığı yanma odası ve egzozun giriş hızından daha hızlı ayrıldığı lüleye (nozzle) sahiptir. Ticari jet motorları havanın motor içine alınıp sıkıştırılması için kompresör kullanır, daha sonra sprey halindeki yakıt sıkıştırılmış havayla birlikte ateşlenerek geriye doğru gider ve thrust oluşturur. Scramjet havayı sıkıştırmak için uçağın hızını kullanır, yani çok az hareketli parçaya ihtiyaç duymaktadır.

Scramjet'in çalışmasını basit bir şekilde gösterilmekte.

Tarihçe

2000 Öncesi

II.Dünya Savaşı sırasında, ağırlıklı olarak Almanlar tarafından yapılan yüksek hızlı roket motorlu uçakları araştırmak için muazzam miktarda zaman ve çaba harcanmıştı. Savaştan sonra, ABD ve İngiltere birkaç Alman bilim insanını ele geçirdi ve roket motorlarını çevreleyen teknoloji de dahil olmak üzere Paperclip Operasyonu aracılığıyla çeşitli askeri teknolojiler aldı. Bell X-1 1947'de süpersonik uçuş gerçekleştirdi ve 1960'ların başında daha hızlı uçaklara doğru hızlı ilerlemeyle operasyonel uçakların birkaç yıl içinde "hipersonik" hızlarda uçacağını gösterdi. Kuzey Amerika X-15 ve diğer roketle çalışan uzay araçları gibi özel roket araştırma araçları dışında, uçakların en yüksek hızları genellikle Mach 1 ila Mach 3 aralığında kaldı.

50’lerin ortası ve 60’ların sonuna doğru Amerika ve İngiltere’de pek çok farklı scramjet modeli yer testleri uygulandı. 1958'de analitik bir makale süpersonik yanma ramjetlerinin avantajlarını ve dezavantajlarını tartıştı [1]. 1964'te Dr. Frederick S. Billig ve Gordon L. Dugger, Billig's doktora tezine dayanan süpersonik bir yanma ramjeti için patent başvurusu yaptı. Bu patent, gizlilik kararının kaldırılmasının ardından 1981'de yayınlandı.

1981 yılında T3 yer testi tesisinde Profesör Ray Stalker rehberliğinde Avustralya ANU'da testler yapıldı.

Scramjet'in ilk başarılı uçuş testi Sovyetler Birliği tarafından 1991 yılında yapıldı. 1970'lerin sonlarında Moskova'da Merkezi Havacılık Motorları Enstitüsü (Central Institute of Aviation Motors) tarafından geliştirilen eksenel simetrik hidrojen yakıtlı çift modlu bir scramjetti. Daha sonra 1992'den 1998'e kadar, eksenel simetrik yüksek hızlı scramjet göstericinin 6 uçuş testi, Fransa ile Merkezi Havacılık Motorları Enstitüsü tarafından ve daha sonra NASA tarafından gerçekleştirildi. Mach 6.4'ten daha büyük maksimum uçuş hızı elde edildi ve 77 saniye boyunca scramjet çalışması gösterildi. Bu uçuş testi serileri aynı zamanda otonom hipersonik uçuş kontrolleri hakkında bilgi verdi.[1]

Özellikle X-15 projesi oldukça başarılı test sonuçları elde edildi (mach 6.7).Ancak hiçbir zaman test aşamasını geçemedi.

Daha sonraları 80’lerin sonu 90’ların başında Amerika Scramjet motoru ile uçan ve dünyanın yörüngesinde gidebilecek bir araç yapımı için 2 milyon dolarlık bir proje uygulamaya koydu. Program 1993 yılında projenin tamamlanması için 15 milyon dolar gerektiğinin öngörülmesi ve pek çok teknik sorun üzerine kapatıldı. 2004 yılında NASA’nın geliştirdiği X-43 adlı Scramjet motorlu uçağı mach 9,4 hızına çıkarak dünyanın en başarılı Scramjet uçuşunu gerçekleştirdi.

2000'lerdeki İlerleme

2000'li yıllarda, özellikle scramjet motorları alanında, hipersonik teknolojinin geliştirilmesinde önemli ilerlemeler kaydedilmiştir.

HyShot projesi 30 Temmuz 2002'de scramjet yanmasını ispatladı. Scramjet motoru etkili bir şekilde çalıştı ve süpersonik yanmayı ispatladı. Bununla birlikte, motor bir taşıtı ileri doğru itmek için itki sağlayacak şekilde tasarlanmamıştır. Bu teknolojiyi kanıtlamak için tasarlandı.[2]

Bir İngiliz ve Avustralya ekibi İngiltere savunma şirketi Qinetiq'den ve Queensland Üniversitesi'nden, atmosfer testinde çalışan bir scramjet'i gösteren ilk gruptu.[3]

Hyper-X, 2004 yılında X-43A ile tam aerodinamik manevra yüzeylerine sahip itme üreten scramjet ile çalışan bir aracın ilk uçuşunu talep etti. Üç X-43A scramjet testinin sonuncusu Mach 9.6'ya kısa bir süre ulaştı.[4]

15 Haziran 2007'de ABD Savunma İleri Araştırma Projesi Ajansı (DARPA), Avustralya Savunma Bilim ve Teknoloji Örgütü (DSTO) ile işbirliği içinde, test aracını hipersonik hızlara yükseltmek için roket motorlarını kullanarak Mach 10'da başarılı bir scramjet uçuşu duyurdu.[5]

NASA Langley Ark Isıtmalı Scramjet Test Tesisinde (AHSTF) simüle edilmiş Mach 8 uçuş koşullarında bir dizi scramjet yer testi tamamlandı. Bu deneyler HIFiRE uçuş 2'yi desteklemek için kullanıldı.

22 Mayıs 2009'da Woomera, HIFiRE'de (Hipersonik Uluslararası Uçuş Araştırma Deneyi) bir hipersonik uçağın ilk başarılı test uçuşuna ev sahipliği yaptı. Lansman, planlanan on test uçuşundan biriydi. HIFiRE, hipersonik teknolojisini (ses hızının beş katını aşan uçuş çalışması) ve gelişmiş scramjet destekli uzay fırlatma araçlarına uygulanmasını araştırıyor; Amaç, yeni Boeing X-51 scramjetli taşıtı desteklerken, aynı zamanda hızlı tepki alan fırlatma gelişimi ve hipersonik "hızlı saldırı" silahları için güçlü bir uçuş testi verisi oluşturmaktır.[6]

Dizayn

Scramjet atmosfer içinde hipersonik hızlarda uçmak için tasarlanmış bir jet motorudur. Bir roketten farkı ise roketler gereken oksijeni üstünde taşıdığı tanklardan sağlarken, scramjet yanma için gereken oksijeni atmosferden alır. Scramjetler bu yönüyle jet motorlarla ortak özellik gösterir ancak jet motorlar scramjetin uçtuğu hızlarda uçamazlar.

Türbinli motorlar subsonik ve süpersonik hızlarda çalışabilmektedirler. Ancak mach hızını geçtiklerinde çabucak kararsız hale gelirler. Kompresöre giren havanın basıncı ve sıcaklığı artar, mach hızını geçmek demek bu değerlerin daha da artması anlamına gelmektedir. Yüksek sıcaklık, yakıt hava karışımından istenilenden yüksek enerji çıkmasına, motorda erimeye ve yapısal hasarlara yol açar. Mach arttıkça sürüklemenin (drag) karesi ile orantılı artış gösterir, ayrıca kullanılabilen enerji de düşer. Türbinli motorlarda hız artırımı için giren havanın sıcaklığı düşürülür ya da itki (thrust) arttırıcı sistemler eklenir (ramjet ve afterburner gibi).

Ramjetler turbojetlere göre daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilmektedirler. Turbojetlerden daha yüksek hızlara da ulaşırlar. Ancak onların da çalışabilmesi için yanma odasına giden havanın subsonik hızda olması gerekir. Süpersonik hızda uçuşta subsonik hava kullanmak kompresör kullanmaktan daha verimlidir ancak yüksek hızda başka bir problem ortaya çıkar. Hava supersonik hızdan subsonik hıza geçerken şok dalgası oluşur bu şok dalgası da havanın sıcaklığını arttırır ve havanın kimyasal tepkimeye girerek enerji kaybetmesine ayrıca yanma odasında yakıtın yanma veriminin düşmesine neden olur. Ramjetlerin ulaşabileceği hız kullanılan yakıt miktarına göre değişiklik gösterse de mach 4 ve mach 8 arasında değişen bir aralıktadır.

Scramjetler bütün motor boyunca havanın supersonik hızda akmasına izin vererek yüksek sürükleme ve düşük yanma sorununu ortadan kaldırmayı hedeflemektedir. Motora giren hava ramjete göre daha az hız kaybettiğinden dolayı daha az sürükleme oluşur, ayrıca daha az ısınarak yakıtın daha etkili yanması sağlanmış olur. Yüksek hızda akan hava içerisine yakıt karıştırılıp yakmak için çok az süre bulunması ve motor içindeki en küçük bir geometrik bozukluk yüksek sürükleme oluşmasına sebebiyet verecek olması en büyük sorunudur.

Scramjet en basit anlamda ağız ağza bağlanmış iki huniye benzer. Ön taraftaki huni biçimi havanın içeri girerken sıkışması ve ısınmasını sağlar . İki hunin birleşim noktasına benzeyen ve en dar kısım olan noktada sıkıştırma en yüksek değerdedir, bu anda yakıt eklenerek yanma gerçekleşir. Yanma sonucu gazlar ikinci huni biçiminden, tıpkı roket lülesine (nozzle) benzeyen bölüm, dışarı atılır ve itki oluşturulur.

Scramjet Uçuşu

NASA X-43 programındaki hava aracı, altına bağlanmış bir scramjet motoru bulunmakta.

Scramjetin çalışabilmesi için ilk hızının mach 5 civarında olması gerekir. Bu durum scramjetin çalışması için ön hız sağlayacak bir sistem geliştirilmesini gerekli kılmıştır.

X 43-A programında bu sorunu çözmek için önce bir uçak 40 000 ft’e çıkarılmış daha sonra bu noktada scramjetin bağlı olduğu füze uçaktan ayrılarak ateşlenmiş ve füze 95 000 ft’e ulaşasıya kadar uçuşunu sürdürmüştür. 95 000 ft’de scramjet füzeden ayrılarak kendi uçuşuna başlayarak mach 9.8 hızına ulaşmıştır.

Avantaj ve Dezavantajları

Avantajları
  • Yanma süpersonik hızda gerçekleştirilebilir.
  • Teoride mach 12-15 hızlarına kadar ulaşabilir.
Dezavantajları
  • Mach 5 hızına kadar itki üretemez.
  • Ağırlık oranına göre düşük itki.

Dış bağlantılar

Wikimedia Commons'ta Scramjet ile ilgili ortam dosyaları bulunmaktadır.

Kaynakça

  1. ^ "An Analysis of Ramjet Engines Using Supersonic Combustion". Weber, Richard J Mackay, John S (İngilizce). NASA Scientific and Technical Information. 31 Mayıs 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 3 Mayıs 2016. 
  2. ^ Flight Data Analysis of the HyShot 2 Scramjet Flight Experiment. AIAA Journal (İngilizce). 6 Nisan 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 6 Nisan 2020. 
  3. ^ 1001 Inventions That Changed the World (İngilizce). Cassell Illustrated. 2009. s. 932. ISBN 978-1844036110. Erişim tarihi: 2 Şubat 2009. 
  4. ^ "NASA's X-43A Scramjet Breaks Speed Recod". 31 Ekim 2004 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Haziran 2019. 
  5. ^ "Scramjet hits Mach 10 over Australia". Reed Business Information. 17 Ekim 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 12 Şubat 2016. 
  6. ^ Dunning, Craig (24 Mayıs 2009). "Woomera hosts first HIFiRE hypersonic test flight". News Corp Australia. 28 Ağustos 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 12 Şubat 2016. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Uçak</span> Motorlu hava taşıtı

Uçak veya tayyare; hava akımının başta kanatlar olmak üzere kanat profilli parçaların alt ve üst yüzeyleri arasında basınç farkı oluşturması sayesinde havada tutunarak yükselebilen, uçma özellikli motorlu bir hava gemisi ve hava taşıtıdır. Pistonlu ya da jet motorlu, sabit kanatlı ve havadan ağır pek çok hava taşıtı uçak kategorisine dahildir. Günümüzde en temel uçak tipleri, yolcu uçağı, savaş uçağı, kargo uçağı olarak bilinirken, farklı coğrafi şartlara göre özelleştirmiş uçaklar da mevcuttur.

<span class="mw-page-title-main">Füze</span> çeşitli güdüm sistemleri ile hedefe yönelen karmaşık silah sistemi

Füze, genellikle bir sevk maddesi, jet motoru veya roket motoruyla desteklenen, kendi kendine hareket edebilen, havada giden menzilli bir silahtır.

<span class="mw-page-title-main">Roket</span> itiş için kullanılan pirokinetik motor; yanıcı silah için bkz. Q2037215

Roket bir uzay aracı, hava aracı, araç, atkı veya bombadır. Roket, roket motorundan itme gücü elde eder. Roket motoru egzozu tamamen roket içinde taşınan roket itici yakıtından oluşur. Roket motorları etki ve tepki ile çalışır ve sadece egzozlarını yüksek hızda ters yönde dışarı atarak roketleri ileri doğru iter ve bu nedenle uzay boşluğunda çalışabilir. Etimolojik kökeni İtalyancada "bobin" anlamına gelen rocchetto olup, silindirik şekil benzerliğinden ötürü modern anlamında sahiplenilen kelimenin kullanımı 20. yüzyıl başlarında savaş gemilerinin öz itmeli ateşleme mermilerine dayanmaktadır. Türk Dil Kurumuna göre Türkçeye Fransızca roquette kelimesinden geçmiştir.

<span class="mw-page-title-main">Turbofan</span> jet motor türü

Turbofan, itişi egzoz gazıyla beraber, ön kısımdaki geniş fanla da sağlanan güvenilir ve bakımı kolay jet motoru tipidir. Ön kısmı büyük, arka kısmı koni şeklinde ve daha küçüktür. Genelde yolcu uçaklarında kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">North American X-15</span> NASA tarafından üretilen deneysel uçak modeli

X-15 A, çok yüksek irtifalarda faaliyette bulunacak yetenekte, pilotlu, roket güçlü, hipersonik araştırma aracıdır. Bu araç; B-52 Stratofortress uçağından havada fırlatılır ve iniş yerine sevkedilir. Azami hızı yaklaşık olarak 6.7 machtır. NASA, Birleşik Devletler Hava Kuvvetleri (USAF), Birleşik Devletler Donanması ve North American Havacılık Şirketinin ortak programı sonucu, çok yüksek hız ve çok yüksek irtifalarda insan ve malzeme faktörleri üzerine veri toplamak amacıyla geliştirilmiştir. İlk uçuşunu motorsuz olarak 8 Haziran 1959'da, motorlu ilk uçuşunu da 17 Eylül 1959'da gerçekleştirmiştir. Toplam 3 tane üretilen uçak, 22 Ağustos 1963'te yeryüzünden 107 kilometre yüksekte uçarak yükseklik; 3 Ekim 1967'de ses hızını 6.7 kat aşarak (7200 km/s) hız rekorlarını kırmıştır. 2004 itibarıyla rekorunu X-43A'ya kaptırmıştır.

<span class="mw-page-title-main">Hipersonik</span>

Hipersonik, 5 Mach ya da daha yüksek hızlar için kullanılır. Ayrıca 5 mach ve üzeri hızlarda uçmak için tasarlanmış uçaklara hipersonik uçaklar denir. North American Aviation tarafından üretilen X-15 ve NASA tarafından henüz geliştirilmekte olan X-43 bunlara örnektir. Bugüne kadar yapılan araçların tamamı deneyseldir.

<span class="mw-page-title-main">Aerodinamik</span> Fizik terimi ve bilim dalı

Aerodinamik, hareket eden katı kütlelerin havayla etkileşimlerini inceleyen bilim dalıdır. Aerodinamik sözcüğü Yunancadan gelmiş olup bu bilim dalı havanın hareketi ile ilgilidir. Parçalı olarak katı bir cisim ile irtibata geçmiş olması, havanın hareketi ve uçağın kanadı gibi, buna örnek olarak gösterilebilir. Aerodinamik akışkan dinamiği ve gaz dinamiğinin bir alt dalıdır ve aerodinamiğin birçok bakış açısı, teorisi bu alanlarda ortaktır. Aerodinamik genellikle gaz dinamiği için kullanılır; gaz dinamiğinin aerodinamikten farkı, tüm gazlar için çalışması ve aerodinamik gibi yalnızca hava ile sınırlanmamış olmasıdır.

<span class="mw-page-title-main">NASA X-43</span> deneysel hava aracı

NASA X-43A, NASA'nın deneysel bir hipersonik uçak projesi. Projeye ait gösterim ve deneme aracı da aynı isimle anılmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Bell X-2</span> Mach 2-3 aralığında uçuş özelliklerini araştırmak için deneysel uçak yapımı

Bell X-2 Starbuster, Mach 2-3 arası hızlarda uçuş karakteristiklerini inceleme amaçlı deneysel ABD projesi.

<span class="mw-page-title-main">Lockheed X-7</span> Locheed Martin tarafından imal edilen deneysel uçak

Lockheed X-7, ramjet motorları ve füze yönlendirme teknolojisi testleri için üretilmiş insansız test aracı. Bir B-29 veya B-50 Superfortress bombardıman uçağının kanat altından fırlatılarak kullanılmaktaydı. Ateşleyici fırlatmadan sonra devreye girmekte ve aracı 1,625 km/saat hıza ulaştırmaktaydı. Daha sonra ateşleyici araçtan ayrılmakta, göde altında bulunan ramjet motoru devreye girmekteydi. X-7'nin yere inişi bir paraşüt ayrdımıyla yapılmaktaydı. Araç, elde edilen maksimum 4640 km/sa / Mach 4.31 hız ile araç, döneminin en hızlı hava soluyan aracı olmayı başarmıştı. Toplam 130 X-7 uçuşu, Nisan 1951 ile Temmuz 1960 arasında gerçekleştirildi.

<span class="mw-page-title-main">Ramjet</span> jet motor türü

Ramjet, bazen kullanılan adıyla soba borusu jet, hareketli parça kullanmayan bir jet motoru türü. Yüksek hızda kullanılan basit bir motordur. Bu avantajı sayesinde füze sistemlerinde kullanılmıştır.

<span class="mw-page-title-main">Artyakıcı</span>

Artyakıcı (afterburner), özellikle jet uçaklarında kalkışta ve tırmanışta ivmelenmeyi artırmak ya da ses hızını aşmak amacıyla kullanılan itiş sistemi.

<span class="mw-page-title-main">Süpersonik</span>

Süpersonik, ses hızının üzerinde olan hızları belirtmek amacıyla kullanılan terimdir. Bir yaklaşıma göre de 1,2 Mach'ın üzeridir. Deniz seviyesindeki havada sesin hızı yaklaşık olarak 340 m/s, 1.087 ft/s, 761 mph ya da 1.225 km/sa olarak kabul edilebilir. Ayrıca gövdesi ve motorları uzun süreli sesten hızlı uçuşa müsaade edebilecek özelliklerde olan uçaklara süpersonik uçaklar denir. Günümüz savaş uçaklarının büyük kısmı süpersonik uçaklardır. F-16 bunlara örnektir. Bloodhound SSC de bu tarz bir arabadır.

<span class="mw-page-title-main">Pulse jet motoru</span>

Pulse jet motoru, en basit anlamda yanma sonucu oluşan etkiden yararlanan jet motorlardır. Bu motorlar az sayıda hareketli parçalardan oluşabildiği gibi tamamen hareketsiz parçalardan da oluşabilir ve statik çalışabilmektedirler.

<span class="mw-page-title-main">Jet motoru</span> fosil yakıtlı motor türü

Jet motoru veya diğer adıyla tepkili motor, atmosferden aldığı havayı sıkıştırıp jet yakıtıyla yakarak ısıtan havacılık motoru. Bu ısıtma sonucunda ortaya çıkan gazları, hızla dışarı püskürterek, ters yönde bir itiş gücü oluşturur ve bu güçle, motorun bağlı olduğu aracın hareket etmesi sağlanır. Bu motorlar, Newton'ın hareket yasalarına bağlı olarak geliştirilmiştir. Bu yasaya göre; her etki eşit büyüklükte ve ters yönde bir tepki doğurur.

<span class="mw-page-title-main">Roket motoru</span>

Roket motoru, genellikle yüksek sıcaklıktaki gaz olan yüksek hızlı itici bir sıvı jeti oluşturmak için tepkime kütlesi olarak depolanmış roket itici gazlarını kullanır. Roket motorları, Newton'un üçüncü yasasına göre kütleyi geriye doğru fırlatarak itme üreten tepki motorlarıdır. Çoğu roket motoru, gerekli enerjiyi sağlamak için reaktif kimyasalların yanmasını kullanır, ancak soğuk gaz iticileri ve nükleer termal roketler gibi yanmayan biçimleri de mevcuttur. Roket motorları tarafından tahrik edilen araçlara genellikle roket denir. Roket araçları, çoğu yanmalı motorun aksine kendi yükseltgen taşır, bu nedenle roket motorları, uzay aracını ve balistik füzeleri itmek için bir boşlukta kullanılabilir.

<span class="mw-page-title-main">Uzay aracı itki sistemi</span> Uzay aracını ivmelendirmeye yarayan her türlü yönteme verilen ad

Uzay aracı itki sistemi ya da Uzay aracı sevk sistemi, uzay aracını ve uyduları ivmelendirmekte kullanılan her türlü yönteme verilen addır. Pek çok farklı yöntem bulunmaktadır. Her yöntemin bazı sakıncaları ve üstün tarafı vardır ve uzay aracı sevki etkin bir araştırma alanıdır. Ancak, günümüzdeki pek çok uzay aracı, aracın arkasından/geri tarafından bir gazı roket motoru çıkışı yüksek hızda geçirmek suretiyle itki/sevk üretir. Bu çeşit bir motora roket motoru denmektedir.

Yeniden kullanılabilir fırlatma sistemleri sayesinde uzaya birden fazla kez yük taşıması yapılabilir. Bu sistem genişletilebilir fırlatma sistemlerininin çalışma prensibinin tam zıttında yürüyordu. Genişletilebilir fırlatma sistemlerinde araç bir kere kullanıldıktan sonra kullanılmıyordu.

<span class="mw-page-title-main">Hibrit yakıtlı roket</span>

Hibrit-yakıtlı roket, roket motorunda birbirinden farklı fazdaki farklı roket yakıtları kullanan bir rokettir. Bu yakıtlardan biri katı halde ve diğeri ise gaz ya da sıvı haldedir. Hibrit roketinin ortaya çıkışı 75 yıl öncesine kadar takip edilebilir.

Lockheed Martin X-59 Quesst, NASA'nın Low-Boom Flight Gösterici projesi için Skunk Works tarafından geliştirilen bir Amerikan deneysel süpersonik uçaktır. Ön tasarım Şubat 2016'da başlamıştır ve X-59'un 2021'de uçuş testlerine başlaması planlandı. Gecikmelerin ardından Ocak 2024 itibarıyla 2024 yılında uçuş testleri için NASA'ya teslim edilmesi planlanıyor. 55.000 ft yükseklikte ve 1.42 Mach hızla seyretmesi bekleniyor.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.