1/5
ÜÇ (3) SERBESTLİK DERECELİ HAREKET DENKLEMLERİ İÇİN BENZETİM GELİŞTİRME KISTASLARI & LİTERATÜR TARAMASI RAPOR İÇERİĞİ
1. Geliştirilecek olan yörünge benzetim aracı için varsayımlar:
1.1 3 serbest dereceli hareket benzetimi ile üç (3) eksende doğrusal hareket benzetimi yapılacaktır.
1.2 Düz Dünya varsayımı yapılacaktır (Uçuş irtifası ve menzili kısa olduğu için bu varsayım yapılmıştır).
1.3 Dünyanın dönüşü hesaplamalara dâhil edilmeyecektir (Uçuş alçak irtifalarda gerçekleştiğinden bu varsayım yapılmıştır).
1.4 Roket için noktasal kütle varsayımı yapılacaktır. Bütün kuvvetlerin kütle merkezine uygulandığı varsayılacaktır.
1.5 Rüzgâr etkisi dikkate alınmayacaktır.
1.6 Motorun özgül itki (ISP) değeri sabit kabul edilecektir.
1.7 İtki profilleri ve standart girdi değerleri ÖTR’yi geçen takımlarla ayrıca paylaşılacaktır.
2. Yarışmacılar tarafından kullanılacak koordinat Sistemleri
2.1 Ateşleme Noktası Eksen Takımı (İngilizcesi Launch Point Frame):
Ateşleme Noktası Eksen Takımı (bakınız Şekil 1) roketin fırlatıldığı noktaya çakılı olan eksen takımıdır. Bu eksen takımında x ekseni coğrafi kuzeye, z eksen takımı yere doğru tanımlıdır. Y ekseni sağ el kuralına göre tanımlanmıştır.
Şekil 1. Ateşleme Noktası Eksen Takımı
2.2 Gövde Eksen Takımı (İngilizcesi Body Frame):
Gövde eksen takımı roketin kütle merkezinde tanımlı olan bir eksen takımıdır. Bu eksen takımına göre arkadan bakıldığında X ekseni roketin burnuna doğru, Y ekseni sağa doğru ve Z ekseni sağ el kuralına göre tanımlanmıştır.
2/5 Şekil 2. Gövde Eksen Takımı
3. Üç (3) serbestlik dereceli benzetim Girdi-Çıktı Tablosu
Yarışmacılar üç (3) serbestlik dereceli benzetimi oluştururken aşağıda tablo halinde sunulan “GİRDİ-ÇIKTI” (İngilizcesi INPUT-OUTPUT) setlerini sağlayacak şekilde çalışma yapmaları gerekmektedir. Benzetim atıştan itibaren uçuşun zirve noktasına (apogee) kadar yapılacaktır.
BENZETİM GIRDISI BENZETİM ÇIKTISI
Roketin Başlangıçta Toplam Kütlesi (Initial Total Mass of Rocket)
Roketin toplam uçuş süresi (Rocket total flight time)
Toplam Roket Motoru Kütlesi (Total Mass of Rocket Motor)
Rocket Position Vector vs. Time Graph (w.r.t.
Launch Point Frame) (3D graph)
Roket Pozisyon Vektörü – Zaman Grafiği (Ateşleme Noktası Eksen Takımına göre) (3B grafik)
İtki Profili (Thrust Profile)
Ateşleme Noktası Eksen Takımına göre Roket İrtifası – Zaman Grafiği)
3/5
(Rocket Altitude vs. Time Graph wrt Launch Point Frame)
Başlangıç Yakıt Kütlesi (Initial Fuel Mass)
Ateşleme Noktası Eksen Takımına göre Roket Hız Şiddeti – Zaman Grafiği
(Rocket Velocity Magnitude vs Time Graph wrt Launch Point Frame)
Cx (Roket gövde eksen takımı x ekseni aerodinamik kuvvet katsayısı)
Cx (Rocket body x-axis aerodynamic force coefficient)
Roket Hız Vektörü – Zaman Grafiği (Ateşleme Noktası Eksen Takımına göre)
Rocket Velocity Vector vs Time Graph (wrt Launch Point Frame)
Cy (Roket gövde eksen takımı x ekseni aerodinamik kuvvet katsayısı)
Cy (Rocket body y-axis aerodynamic force coefficient)
Hız Vektörü ile Yer Arasındaki Açı – Zaman Grafiği
Angle Between Velocity Vector & Ground vs.
time Graph
Cz (Roket gövde eksen takımı x ekseni aerodinamik kuvvet katsayısı)
Cz (Rocket body z-axis aerodynamic force coefficient)
Roket Maksimum İrtifa (Ateşleme Noktasından itibaren)
Rocket Max Altitude (from launch point)
ABD Standart Atmosfer Modeli (irtifaya bağlı hava yoğunluğu)
US Standard Atmosphere Model (air density with respect to the altitude)
Maksimum Roket Hız Şiddeti
Maximum Velocity Magnitude of Rocket
Motorun Özgül İtkisi (ISP)
ISP Specific Impulse of Motor Engine
Roket Kütle Değişim Hızı – Zaman Grafiği Rate of Change of Rocket Mass vs Time Graph
Yerçekimi Katsayısı (2 basamaklı doğrulukta) Gravity Coefficient (2 digit accuracy)
İvme – Zaman Grafiği Acceleration vs Time Graph
Roketin Atış Yönü Rocket Launch Direction
4/5 Yükseliş açısı (Atış Noktası Eksen Takımındaki Y ekseni etrafındaki sapma- Theta)
Elevation Angle (deviation around Y-axis rotation wrt Launch Point Frame )
Sapma açısı (Atış Noktasındaki Eksen Takımının Z ekseni etrafındaki sapma)
Yaw Angle (deviation around Z-axis rotation wrt Launch Point Frame )
4. Takımlardan ÖTR Aşamasında Beklenenler
4.1 Takımların Literatür Taraması Yapması ve ÖTR Aşamasında Rapor Teslim Etmesi Beklenmektedir. Raporun İçeriğinde:
4.1.1 Üç (3) serbestlik dereceli hareket denklemleri benzetimi nedir?
4.1.2 Üç (3) serbestlik dereceli hareket denklemleri benzetiminin roket tasarımındaki önemi ve faydaları nedir?
4.1.3 Üç (3) serbestlik dereceli benzetim ile 6 serbestlik dereceli benzetim arasındaki temel farklılıklar nelerdir?
4.1.4 Üç (3) serbestlik dereceli hareket denklemlerinin benzetimi oluştururken asgari düzeyde Kinematik ve Dinamik Denklem setleri ile Roket için Kütle Değişim denklemleri için denklem setlerini tanımlanmalıdır.
4.1.5 Bütün roket için sürüklenme ve kaldırma katsayılarının nasıl elde edildiği açıklanmalıdır.
4.1.6 Üç (3) serbestlik dereceli hareket denklemlerinin benzetimini oluştururken atmosfer, roket modeli ve aerodinamik modeller açıklanmalıdır.
4.1.7 Roket kütle değişim denklemlerinin nasıl elde edildiği açıklanmalıdır.
4.2 Atmosfer modelinin benzetim modeli üzerindeki etkisi açıklanmalıdır. Takımların ÖTR aşamasında yukarıda verilen varsayımlarda belirtilmiş olan referans koordinat sistemleri ve girdi-çıktı tablosuna göre algoritma (akış diyagramları) oluşturmaları ve sunmaları beklenmektedir.
5/5 5. Takımlardan KTR Aşamasında Beklenenler
5.1 Yarışma Komitesi tarafından ÖTR aşamasını geçen takımlara standart girdi değerleri sağlanacaktır. Takımlar oluşturacakları benzetim çalışmasında, hem standart değerler hem de roket tasarımları özelinde değerleri dikkate alarak ayrı ayrı hazırlayacaklardır. Bu çalışma sonrasında takımlar standart değerler ve roket özelindeki değerler için aşağıda istenenleri ayrı ayrı grafikler halinde gösterecek ve KTR sunumuna ekleyecektir:
5.1.1 Uçuş süresi (uçuşa başlanıldıktan sonra yere düşene kadar geçen zaman) 5.1.2 Uçuş boyunca toplam kütle değişimi
5.1.3 Uçuş maksimum irtifası
5.1.4 Maksimum irtifaya ulaşma süresi
5.1.5 Zamana bağlı pozisyon grafiği – Pozisyon (x,y,z) vs Zaman (her eksen ayrı çizilmelidir.)
5.1.6 Uçuş süresince 3 Boyutlu Pozisyon (x,y,z) Grafiği
5.1.7 Zamana bağlı ivme vektör grafiği – İvme (x,y,z) vs. Zaman (her eksen ayrı çizilmelidir)
5.1.8 Zamana bağlı hız vektör grafiği – Hız (x,y,z) vs. Zaman (her eksen ayrı çizilmelidir)
5.1.9 Zamana bağlı hız şiddeti grafiği – Hız (şiddet) vs Zaman
NOT 1: Üç () serbestlik dereceli modelleme ve benzetim 2021 yılı TEKNOFEST Roket Yarışması için elenme kıstası değildir.
NOT 2: Takımlar uçuş mekaniği alanında yazılmış kaynaklardan referans verme şartı ile faydalanabilirler. Yarışma Komitesi “Missile Guidance and Control System - George M. Siouris”
kaynağını önermektedir. Akademik danışmanların yönlendirmesi ile varsayımlara göre denklem setlerinin sadeleştirilmesi unutulmamalıdır.
