dc.contributor.advisor | Aksu, Zümriye | |
dc.contributor.author | Kızılırmak , İsmet | |
dc.date.accessioned | 2019-10-21T12:33:18Z | |
dc.date.issued | 2019-06-16 | |
dc.date.submitted | 2019-05-29 | |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11655/9388 | |
dc.description.abstract | PRODUCTION OF BORON POTASSIUM NITRATE PYROTECHNIC AND DETERMINATION OF IGNITION CHARACTERISTICS BY LASER
İsmet KIZILIRMAK
Master of Science, Department of Chemical Engineering
Supervisor: Prof. Dr. Zümriye AKSU
May 2019, 115 pages
In this thesis, the production of boron potassium nitrate (BPN) pyrotechnic powder used in igniter of solid propellant rocket engines was realized, the pyrotechnic powder was made to pellet, the pellet was determined with the newly designed laser ignition test system and the firing characteristic of the pellet was determined by the closed bomb test system.
In the scope of the thesis, firstly, BPN pyrotechnic powder was produced in accordance with MIL-P-46994B military standard by using boron, potassium nitrate and Viton fluoroelastomer. DSC analysis indicated that the BPN pyrotechnic powder had a ignition temperature of 500-510°C. The calorific value of BPN pyrotechnic powder was determined as 1675 cal/g. As a result of the density determination of BPN pyrotechnic powder, the highest theoretical density was found to be 2.16 g/cm3.
BPN pyrotechnic powder has been turned into pellets to prolong the shelf life of pyrotechnic powder and to use the maximum amount of pyrotechnic in small volume. The BPN pyrotechnic powder was converted into pellet forms with a diameter of 10 mm, 9 mm, 8 mm and 3.27 mm by pressing under load and the average densities of the pellets produced were measured. The density of the pellets with different diameters was found to vary between 1.64-1.69 g/cm3. It has been observed that this density range meets the requirements specified in the MIL-P-46994B standard. The pellet porosity was calculated as 24% by the ratio of the pellet density to the density of the powder.
In the next phase of the thesis study, a new laser ignition test system was designed and the BPN pellets were ignited by laser in this system. Pellets with a diameter of 3.27 mm and a density of 1.69 g/cm3 were fired by laser according to the Bruceton Test Method, using the SenTest program software, the laser power required to fire BPN pellets at a 95% confidence level and 99.9% reliability level was found to be 550 mW and the duration of laser firing was 5.50 ms. When the level of reliability was 99.0%, laser power was found to be 470 mW and laser firing time was found as 10.45 ms. The power density required to fire the pellets using 550 mW power and 5.50 ms ignition time was 5682 W/cm2 and the energy density was 31.3 J/cm2.
Finally, the pellets of 3.27 mm diameter and 4.60 mm in length were fired at a 550 mW laser power in the closed bomb test apparatus and the average burning rate of the pellets was determined as 39.5 mm/s. This value corresponds to a minimum of 31.75 mm/s specified in the MIL-P-46994B standard.
As a result of the thesis, BPN pyrotechnic powder and pellet were produced according to MIL-P-46994B military standard, powder and pellet products have been shown to meet the calorific value, density and burning rate requirements thanks to a newly designed laser ignition test system.
Key Words: Pyrotechnics, Boron Potassium Nitrate, calorific value, average density, pellet, laser, ignition, closed bomb, burning rate | tr_TR |
dc.description.sponsorship | TÜBİTAK SAGE | tr_TR |
dc.description.tableofcontents | ÖZET i
ABSTRACT iii
TEŞEKKÜR v
İÇİNDEKİLER vii
ŞEKİLLER DİZİNİ x
ÇİZELGELER DİZİNİ xiii
SİMGELER VE KISALTMALAR xv
1. GİRİŞ 1
2. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI 4
2.1. Piroteknik Malzemelerin Fiziksel Özellikleri 4
2.2. Bor Potasyum Nitrat Pirotekniği 6
2.2.1. BPN Piroteknik Tozunun Kimyasal Analizi 6
2.2.2. BPN Piroteknik Tozunun Hazırlanması 7
2.2.3. BPN Piroteknik Pelet Üretimi 11
2.2.4. BPN Piroteknik Peletlerin Balistik Özellikleri 12
2.3. Piroteknik Ateşleyici Sistemleri 15
2.4. Piroteknik Malzemenin Lazer İle Ateşlenmesi 18
2.4.1. Lazer Ateşleme Sistemlerinin Yapıları 18
2.4.2. Piroteknik Malzemenin Lazer İle Ateşlenme Karakteristiği 23
2.5. Deneysel Verilerin Değerlendirilmesi 24
2.5.1. Doğruluk ve Duyarlılık 24
2.5.2. Ortalama Değer 24
2.5.3. Sapma 25
2.5.4. Güven Aralığı ve Güvenilirlik Seviyesi 26
2.6. Bruceton Test Metodu 29
2.7. Literatür Sonuçları 31
3. DENEYSEL ÇALIŞMA 33
3.1. Bor Potasyum Nitrat Pirotekniğin Üretimi 33
3.1.1. BPN Pirotekniğin Bileşenlerinin Seçimi ve Temini 33
3.1.2. Üretim Yöntemi 37
3.1.3. Üretimlenen BPN Pirotekniğin Kalite Kontrol Testleri 39
3.2. Bor Potasyum Nitrat Piroteknik Pelet Üretimi 40
3.2.1. Üretim Yöntemi 40
3.2.2. BPN Piroteknik Peletin Kontrolü 43
3.3. Lazer İle BPN Pelet Ateşlenmesi 43
3.3.1. Lazer Ateşleme Sistemi 43
3.3.2. Lazer Güç Ünitesi 44
3.3.3. Lazer Mercek Sistemi 50
3.3.4. Lazer Ateşleme Test Aparatları 53
3.3.5. Kapalı Bomba Test Düzeneği 54
3.3.6. Kapalı Bomba Test Sistemi 55
3.3.7. Lazer Işın Karakterizasyonu 58
3.4. Bruceton Testi 73
4. SONUÇLAR VE TARTIŞMA 74
4.1. Bor Potasyum Nitrat Pirotekniği Tozun Üretim Sonuçları 74
4.2. Bor Potasyum Nitrat Piroteknik Pelet Üretimi Sonuçları 76
4.3. Lazer ile BPN Peletin Ateşlenmesi Sonuçları 80
4.3.1. Bruceton Testi Sonuçları 84
4.3.2. BPN Pelet Lazer Ateşlenme Karakteristiği 94
4.3.3. Kapalı Bomba Testi 95
5. SONUÇLAR 100
KAYNAKLAR 102
EKLER 105
EK-1. BPN Piroteknik Tozu 042. , 043. ve 044. Kafilelere Ait Kalorifik Değer Sonuçları 105
EK-2. BPN Piroteknik Tozu 042. Kafile Yoğunluk Tayini Sonucu 106
EK-3. BPN Piroteknik Tozu 043. Kafile Yoğunluk Tayini Sonucu 107
EK-4. BPN Piroteknik Tozu 044. Kafile Yoğunluk Tayini Sonucu 108
EK-5. Üretim sonrası 8 mm Çapındaki BPN Peletlerin Yoğunluk Hesapları 109
EK-6. BPN Peletin Kapalı Bombada Lazer İle Ateşleme Sonucundaki Basınç-Zaman Grafiği Test-1 110
EK-7. BPN Peletin Kapalı Bombada Lazer İle Ateşleme Sonucundaki Basınç-Zaman Grafiği Test-2 110
EK-8. BPN Peletin Kapalı Bombada Lazer İle Ateşleme Sonucundaki Basınç-Zaman Grafiği Test-3 111
EK-9. BPN Peletin Kapalı Bombada Lazer İle Ateşleme Sonucundaki Basınç-Zaman Grafiği Test-4 111
EK-10. BPN Peletin Kapalı Bombada Lazer İle Ateşleme Sonucundaki Basınç-Zaman Grafiği Test-5 112
EK-11. BPN Peletin Kapalı Bombada Lazer İle Ateşleme Sonucundaki Basınç-Zaman Grafiği Test-6 112
EK-12. BPN Peletin Kapalı Bombada Lazer İle Ateşleme Sonucundaki Basınç-Zaman Grafiği Test-7 113
EK-13. BPN Peletin Kapalı Bombada Lazer İle Ateşleme Sonucundaki Basınç-Zaman Grafiği Test-8 113
EK-14. BPN Peletin Kapalı Bombada Lazer İle Ateşleme Sonucundaki Basınç-Zaman Grafiği Test-9 114
EK-15. BPN Peletin Kapalı Bombada Lazer İle Ateşleme Sonucundaki Basınç-Zaman Grafiği Test-10 114
EK-16. BPN Peletin Kapalı Bombada Lazer İle Ateşleme Sonucundaki Basınç-Zaman Grafiği Test-11 115
EK-17. Tez Çalışması Orjinallik Raporu 116 | tr_TR |
dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | tr_TR |
dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | tr_TR |
dc.subject | Piroteknik | tr_TR |
dc.subject.lcsh | Konu Başlıkları Listesi::Bilim | tr_TR |
dc.title | Bor Potasyum Nitrat Piroteknik Üretimi ve
Lazer ile Ateşlenme Karakteristiğinin
Belirlenmesi | tr_TR |
dc.title.alternative | Production Of Boron Potassium Nitrate
Pyrotechnic And Determination Of Ignition
Characteristics By Laser | tr_eng |
dc.type | info:eu-repo/semantics/masterThesis | tr_TR |
dc.description.ozet | BOR POTASYUM NİTRAT PİROTEKNİK ÜRETİMİ VE
LAZER İLE ATEŞLENME KARAKTERİSTİĞİNİN BELİRLENMESİ
İsmet KIZILIRMAK
Yüksek Lisans, Kimya Mühendisliği Bölümü
Tez Danışmanı: Prof. Dr. Zümriye AKSU
Mayıs 2019, 115 sayfa
Bu tez çalışmasında, katı yakıtlı roket motorların ateşleyicilerinde kullanılan bor potasyum nitrat (BPN) piroteknik tozun üretimi gerçekleştirilmiş, piroteknik tozun pelet haline getirilmesi sağlanmış, peletin yeni tasarlanan lazer ateşleme test sistemi ile ateşlenme karakteristiği belirlenmiş ve kapalı bomba test sistemi ile pelet ortalama yanma hızı tayin edilmiştir.
Tez kapsamında ilk olarak, BPN piroteknik tozun MIL-P-46994B askeri standarda uygun olarak bor, potasyum nitrat ve Viton floroelastomer kullanılarak üretim çalışmaları yapılmış, standartta belirtilen gereksinimler karşılanmıştır. DSC analizi BPN piroteknik tozun tutuşma sıcaklığının 500-510°C arasında olduğunu göstermiştir. BPN piroteknik tozun kalorifik değeri ortalama 1675 cal/g olarak saptanmıştır. BPN piroteknik tozun yoğunluk tayini sonucunda en yüksek teorik yoğunluk 2,16 g/cm3 olarak bulunmuştur.
BPN piroteknik tozun raf ömrünü uzatmak ve küçük hacimde en fazla miktarda piroteknik kullanmak için piroteknik toz pelet haline getirilmiştir. BPN piroteknik toz yük altında presleme yapılarak 10 mm, 9 mm, 8 mm ve 3,27 mm çapına sahip pelet formlarına dönüştürülmüş ve üretilen peletlerin ortalama yoğunlukları ölçülmüştür. Uygulanan yük altında farklı çaptaki peletlerin yoğunluklarının 1,64-1,69 g/cm3 arasında değiştiği saptanmıştır. Bu yoğunluk aralığının MIL-P-46994B standardında belirtilen isterleri karşıladığı gözlenmiştir. Pelet yoğunluğunun toz haldeki yoğunluğa oranlanması ile peletin gözenikliliği %24 olarak hesaplanmıştır.
Tez çalışmasının sonraki aşamasında, yeni bir lazer ateşleme test sistemi tasarlanmış ve BPN peletlerin bu sistemde lazer ile ateşlenerek ateşlenme karakteristiği oluşturulmuştur. 3,27 mm çapında ve 1,69 g/cm3 yoğunluğundaki peletler Bruceton Test Metodu’na göre lazer ile ateşlenmiş, Neyer SenTest program yazılımı kullanılarak, %95 kesinlik seviyesinde %99,9 güvenilirlikte BPN peletlerin ateşlenmesi için gereken lazer gücünün 550 mW ve lazer ateşlenme süresinin 5,50 ms olduğu saptanmıştır. Güvenilirlik seviyesi %99,0 olduğu durumda ise lazer gücü 470 mW ve lazer ateşlenme süresi 10,45 ms olarak bulunmuştur. 550 mW güç ve 5,50 ms ateşlenme süreleri kullanılarak peletlerin ateşlenmesi için gereken güç yoğunluğu 5682 W/cm2 ve enerji yoğunluğu 31,3 J/cm2 olarak bulunmuştur.
Son olarak 3,27 mm çapta ve 4,60 mm boyundaki peletler, 550 mW lazer güçte kapalı bomba test düzeneğinde ateşlenerek peletlerin ortalama yanma hızı 39,5 mm/s olarak belirlenmiştir. Bu değer MIL-P-46994B standardında belirtilen en az 31,75 mm/s isterini karşılamıştır.
Tez çalışması sonucunda MIL-P-46994B askeri standardına uygun BPN piroteknik tozu ve peleti üretilmiş, yeni tasarlanan bir lazer ateşleme test sistemi sayesinde toz ve pelet ürünlerin kalorifik değer, yoğunluk ve yanma hızı gereksinimlerini karşıladığı görülmüştür.
Anahtar Kelimeler: Piroteknik, toz, pelet, Bor Potasyum Nitrat, kalorifik değer, ortalama yoğunluk, lazer, ateşlenme, kapalı bomba, yanma hızı | tr_TR |
dc.contributor.department | Kimya Mühendisliği | tr_TR |
dc.embargo.terms | Acik erisim | tr_TR |
dc.embargo.lift | - | |