High Altitude Model Rocket Design: Flow Analysis and Optimization to Reach 3000 Meters Aim

Abstract

Today, studies in the field of space and aviation, where a lot of research is done and money is spent, have focused on space transportation and rockets. It is seen that rockets, which are the indispensable structure of this sector, which has been on the rise, are not only for guidance (explosion) but also the subject of many research and experimental studies. Model rockets, which are considered in the category of high-power small rockets, are both inexpensive and do not require a legal action to start. In this context, improvement and development studies on model rockets can actually contribute to rocket systems. In this study on model rocket design; A model rocket was designed through the Open Rocket program, the rocket with the appropriate data was created in 3D in the CAD environment and analyzed with the finite element method. Rocket flow analyzes were checked with the ANSYS program, and the design was completed. This study is aimed especially at engineering students who want to work on model rockets for hobby and experimental purposes; It has been prepared to guide them to design a model rocket by following the specified theoretical steps, methods, programming and flow analysis.

Keywords

• High owered rocket design
• Model rocket
• OpenRocket
• Space and aviation

Yüksek İrtifalı Model Roket Tasarımı: 3000 Metre Hedefine Ulaşmak için Akış Analizi ve Optimizasyonu

Öz

Günümüzde çok miktarda araştırma yapılan ve para harcanan uzay ve havacılık alanındaki çalışmalar, uzay taşımacılığı ve roketler üzerinde yoğunlaşmıştır. Fazlaca yükselişe geçen bu sektörün vazgeçilmez yapısı olan roketlerin, sadece güdüm (patlama) amaçlı değil, aynı zamanda birçok araştırma ve deneysel çalışmalara da konu olduğu görülmektedir. Yüksek güçlü küçük roketler kategorisinde değerlendirilen model roketler ise hem ucuzdur, hem de başlamak için yasal bir işlem gerektirmezler. Bu bağlamda model roketler üzerine yapılan iyileştirme ve geliştirme çalışmaları, aslında temelde roket sistemlerine de katkı sağlayabilmektedir. Model roket tasarımı üzerine yapılan bu çalışmada; Open Rocket programı üzerinden model roket tasarlanmış, uygun verilere sahip olan roket CAD ortamında 3 boyutlu olarak oluşturulmuş ve sonlu elemanlar yöntemiyle analizi gerçekleştirilmiştir. ANYS programıyla roket akış analizlerinin kontrolünün yapılarak tasarımın tamamlanması sağlanmıştır. Bu çalışma, hobisel ve deneysel amaçla model roketler üzerinde çalışma yapmak isteyen özellikle mühendislik öğrencilerinin; belirtilen teorik adımları, yöntemleri, programlamayı ve akış analizlerini takip ederek, bir model roket tasarlamalarına yol göstermesi amacıyla hazırlanmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Yüksek güçlü roket tasarımı
• Model roket
• OpenRocket
• Uzay ve havacılık

Kaynakça

1. Anonim 1. Space.com. Airbus’ Adeline Project Aims to Build Reusable Rockets and Space Tugs. http://www.space.com/29620-airbus-adelinereusable-rocket-space-tug.html, 2015. (Erişim zamanı: Ekim, 2022)
2. Anonim 2. https://www.roketsan.com.tr/uploads/docs/1628594512_20.03.2020 model-roketcilik-master-dokumanv04.pdf (Erişim Tarihi:15.10.2022)
3. Anonim 3. https://tr.wikipedia.org/wiki/Burun konisi tasarımı (Erişim Tarihi:15.10.2022)
4. Anonim 4. http://www.oktanyumroket.com/yapim/kanat/kanatciklar.html(Erişim Tarihi:15.10.2022).
5. Asılyazıcı E. Model roket tasarımı. İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi. Sayfa no : 5, İstanbul, Türkiye, 2001.
6. Azevedo F.S. Knowing the stability of model rockets: A study of learning in ınterest-based practices. Cognition and Instruction 2013; 31(3): 341-374.
7. Brown, W., Wiesneth, M., Faust, T., Huynh, N., Montalvo, C., Lino, K. and Tindell, A. Measured and simulated analysis of a model rocket. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part G: Journal of Aerospace Engineering 2018; 0 (0), 1–15.
8. Candidato, R., Vallini L.D.L. and Bach, C. Static and dynamic analysis of the aerodynamic stability and trajectory simulation of a student sounding rocket. University of Pisa aerospace engineering Master's Thesis, pp 23-24, Pisa, Italy, 2013.

9. Fischbach, S., Majdalani, J., Flandro, G. and French, J. Verification and validation of rocket stability ıntegral transformations. 41st AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, July 2005, pp 1-15, 10-13, Tucson, Arizona.
10. Foster, KF., Dohn, PD., Cooper, CY., Dings A., Fennick JH., George, EM., LaPierre, NJ., Moquin, TF., Design and Integration of a High-Powered Model Rocket – I. AIAA Scitech 2020 Forum, 6-10 January 2020, pp 4, Orlando, Florida.
11. Heywood M. Newlands R. and Le A. Rocket vehicle loads and airframe design. Aspirepace technical papers 2016; 1-38.
12. Malyuta D., Collaud X., Gaspar M., Rouaze G., Pictet R., Ivanov A. and Mullin N. Actıve model rocket stabılızatıon vıa cold gas thrusters. Engineering 2015, pp:1-12.
13. Mandell, G., Caporaso, G., and Bengen, W. Topics in Advanced Model Rocketry, MIT Press, 1973.
14. Nanditta, RV., Das NK., Venkatesan A., Rohit R., Gowtham R., Nagulash Rahul B. and Glad SD. Structural design and analysis of high-powered model rockets using openrocket. International Journal of Engineering Research in Mechanical and Civil Engineering 2021; 6(8): 64-68.
15. Niskanen, S. Development of an open source model rocket simulation software. Master’s Thesis of Helsinki University of Technology Faculty of Information and Natural Sciences, Chapter 3, Aerodynamic properties of model rockets, pp:15, Finland, May 2009.
16. Sarper H., Vahala L. Use of single stage model rockets to teach some engineering principles and practices to first year engineering and engineering technology students, ASEE Annual Conference & Exposition, 2015 June, page 26.1643.1, Seattle.
17. Solomon G. Abreham Y. Analytical Calculation on Rocket Stability 2020; 544-551.
18. Suresh B.High powered rocket and non-pyro mechanism design. Academic Report, February 2021;1-41.
19. Wickman, J. How to make amateur rockets. 2th ed. Wyoming: C.P. Technologies; 2003.