Farklı Burun Konisi Tasarımlarının Ansys ile Aerodinamik ve Statik Yapısal Analizi

Aktaş A., Ertürk L.

Uluslararası Mühendislik Bilimleri Öğrenci Kongresi, Sivas, Türkiye, 14 - 16 Kasım 2025, (Yayınlanmadı)

  • Yayın Türü: Bildiri / Yayınlanmadı
  • Basıldığı Şehir: Sivas
  • Basıldığı Ülke: Türkiye
  • Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Adresli: Evet

Özet

Aerodinamik katsayıların doğru bir şekilde tahmin edilmesi, herhangi bir havacılık aracının tasarımında çok önemlidir. Bu katsayıların hassas bir şekilde hesaplanması, mühendislerin tasarımları sürtünmeyi en aza indirecek ve aracın yakıt verimliliğini en üst düzeye çıkaracak şekilde optimize etmelerini sağlar. Roketlerin zorlu koşullar ve yüksek hızlarda hava direncine karşı aerodinamik tepkisi, büyük ölçüde burun konisinin tepkisiyle karşılanmaktadır. Bu nedenle, burun konisinin aerodinamik davranışı, tüm roketin davranışını belirleyecek kadar önemlidir. Ayrıca, burun konisi, aerodinamik ve termal yüklerin yanı sıra yerçekimi kuvvetleri de dahil olmak üzere çeşitli uçuş yüklerine maruz kalmaktadır. Bu nedenle, burun konisinin aerodinamik analizlerinin yanı sıra statik yapısal analizleri de oldukça önemlidir. Bu çalışmada, cam ve karbon elyaf takviyeli epoksi matrisli kompozit malzemelerden üretilmiş farklı geometrilerdeki (parabolik, ogive, eliptik, konik, kuvvet serisi ve haack)  burun konilerinin ANSYS programında aerodinamik ve statik yapısal analizleri yapılmıştır. Ogive ve Haack Burun Konileri diğer tasarımlara göre daha yüksek gerilim ve deformasyon değerleri göstermiştir. Özellikle Haack geometrisi, maruz kaldığı yüksek basınç ve buna bağlı olarak oluşan yüksek deformasyon değerleri nedeniyle yapısal açıdan riskli bir tasarım olarak öne çıkmaktadır. En güvenli, dayanıklı ve uzun ömürlü kullanım potansiyeli sunan geometri ise analiz edilen her iki malzeme için de konik burun geometrisi olarak belirlenmiştir. Ogive geometri, karbon elyaf takviyeli kompozitin cam elyaf takviyeli kompozite göre yüksek deformasyon değerleri verdiği tek geometri olmuştur. Burada, malzeme avantajının baskılandığı sonucuna varılmıştır.

Accurately estimating aerodynamic coefficients is crucial in the design of any aerospace vehicle. Precise calculation of these coefficients allows engineers to optimize designs to minimize drag and maximize the vehicle's fuel efficiency. A rocket's aerodynamic response to air resistance under challenging conditions and at high speeds is largely mediated by the nose cone. Therefore, the aerodynamic behavior of the nose cone is crucial in determining the behavior of the entire rocket. Furthermore, the nose cone is subjected to various flight loads, including aerodynamic and thermal loads, as well as gravitational forces. Therefore, static structural analyses of the nose cone are as crucial as aerodynamic analyses. In this study, aerodynamic and static structural analyses of nose cones of various geometries (parabolic, ogive, elliptical, conical, power series, and haack) made of glass and carbon fiber-reinforced epoxy matrix composite materials were conducted using ANSYS. The Ogive and Haack Nose Cones exhibited higher stress and deformation values ​​than the other designs. The Haack geometry, in particular, stands out as a structurally risky design due to the high pressure it is exposed to and the resulting high deformation values. The conical nose geometry was determined to be the safest, most durable, and most likely to offer long-lasting use for both materials analyzed. The Ogive geometry was the only geometry where the carbon fiber-reinforced composite exhibited higher deformation values ​​than the glass fiber-reinforced composite. It was concluded that the material advantage was suppressed in this case.