EVALUATION OF THE EFFECT OF COMPOSITE MATERIALS IN THE NOSE AND BODY SECTIONS OF MODEL ROCKETS ON FLIGHT VALUES

Year 2025, EARLY VIEW, 1 - 1

Abdullah Can Al , Indrıt Myderrizi

https://doi.org/10.2339/politeknik.1527446

Abstract

The choice of composite materials in model rocket design has a strong effect on flight performance. In addition, when deciding on the choice of composite material for the model rocket design, the cost of the material as well as the performance should be considered. Composite materials such as PVC, Carbon fiber, Fiberglass and Aluminum, which are most preferred for use in aviation and model rocketry, were evaluated by simulations, considering the characteristics and flight values of the designed rocket. Evaluations were made according to the criteria of velocity, maximum altitude, stability, weight ratios, maximum acceleration, flight time and landing velocity determined in the simulations carried out with the OpenRocket program. Findings had shown that aluminum material was eliminated because it negatively affected the performance of the model rocket compared to other composites. For all material combinations that performed best, the nose cone of the rocket was designated PVC. PVC-based composites used in the body sections affected the desired parameters in rockets in an absurdly positive and negative way. Although the values obtained for the body sections were close to each other, the fact that fiberglass was more cost-effective than carbon fiber made it more prominent for the design.

Keywords

Model rocket, Composite material, Fiberglass, Carbon fiber, PVC

Model Roketlerin Burun Ve Gövde Kısımlarındaki Kompozit Malzemelerin Uçuş Değerlerine Etkisinin Değerlendirilmesi

Abstract

Model roket tasarımında kompozit malzeme seçimi uçuş performansı üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir. Ayrıca model roket tasarımı için kompozit malzeme seçimine karar verirken, malzemenin maliyetinin yanı sıra performansı da göz önünde bulundurulmalıdır. Havacılık ve model roketçilikte kullanımı en çok tercih edilen PVC, Karbon fiber, Cam elyafı ve Alüminyum gibi kompozit malzemeler, tasarlanan roketin özellikleri ve uçuş değerleri dikkate alınarak simülasyonlarla değerlendirilmiştir. OpenRocket programı ile yapılan simülasyonlarda belirlenen hız, maksimum irtifa, kararlılık, ağırlık oranları, maksimum ivmelenme, uçuş süresi ve iniş hızı kriterlerine göre değerlendirmeler yapılmıştır. Bulgular, alüminyum malzemenin diğer kompozitlere kıyasla model roketin performansını olumsuz etkilediği için elendiğini göstermiştir. En iyi performansı gösteren tüm malzeme kombinasyonları için roketin burun konisi PVC olarak belirlenmiştir. Gövde bölümlerinde kullanılan PVC esaslı kompozitler, roketlerde istenen parametreleri absürt derecede olumlu ve olumsuz şekilde etkilemiştir. Gövde bölümleri için elde edilen değerler birbirine yakın olmasına rağmen, cam elyafın karbon fiberden daha az maliyetli olması onu tasarım için daha uygun hale getirmiştir.

Keywords

Model roket, Kompozit malzeme, Cam elyafı, Karbon fiber, PVC

References

• [1] Asılyazıcı E., “Modern roket tasarımı”, Master Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, (2001).
• [2] Bohrer T. W., “Development of a subsonic sounding rocket for research flights of variable payloads”, Master Tezi, San Jose State University, Department of Aerospace Engineering, San Jose, (2017).
• [3] Çetin F., Demirkan B., Kıvrak A., Ünler T. “Katı Yakıtlı Model Roket Tasarımı ve Uçuş Simülasyonu”, 3rd International Conference on Applied Engineering and Natural Sciences, Konya-Türkiye, 2394-2398, 20-23 July, (2022).
• [4] Shah S., Tanwani N., Singh S. K., Makwana M. M, “Drag analysis for sounding rocket nose cone”, International Research Journal of Engineering and Technology, 07 (7), 2393-2397, (2020).
• [5] Azevedo F. S., “Lines of practice: A practice-centered theory of interest relationships”, Cognition and Instruction, 29 (2), 147–184, (2011).
• [6] Azevedo F. S., “Knowing the Stability of Model Rockets: A Study of Learning in Interest-Based Practices”, Cognıtıon and Instructıon, 31 (3), 345-374, (2013).
• [7] Stine G. H., Stine B., “Handbook of Model Rocketry”, John Wiley & Sons, New York, A.B.D., (2004).
• [8] Tola C., Nikbay M., “Investigation of the effect of thickness, taper ratio and aspect ratio on fin flutter velocity of a model rocket using response surface method”, 7th International Conference on Recent Advances in Space Technologies, Istanbul-Türkiye, 16-19 June, (2015).
• [9] Pektaş A., Hacıabdullahoğlu Ü., Ejder N., Demircan Z., Tola C., “Effects of Different Fin Shapes on Apogee and Stability of Model Rockets”, 9th International Conference on Recent Advances in Space Technologies, Istanbul-Türkiye, (2019).
• [10] Barbosa A. N, Guimarães L. N. F., “Multidisciplinary Design Optimization of Sounding Rocket Fins Shape Using a Tool Called MDO-SONDA”, Journal of Aerospace Technology and Management, 4 (4), 431-442, (2012).
• [11] Rohini D., Sasikumar C., Samiyappan P., Dakshinamurthy B., Koppula N., “Design & analysis of solid rocket using open rocket software”, Materials Today: Proceedings, 64 (1), 425-430, (2022).
• [12] Bilgic H. H., Coban S., Yapıcı A., “Designing, Modeling and Simulation of Solid Fuel Rocket ALP-01”, European Journal of Science and Technology, 15, 511-518, (2018).
• [13] Niskanen S., “Development of an Open Source model rocket simulation”, Master Tezi, Helsinki University of Technology, Faculty of Information and Natural Sciences, Helsinki, (2009).
• [14] Nanditta R. V., Das N. K., Venkatesan A., Rohit R., Gowtham R., Nagulash R. B., Stephen J. D. G., “Structural Design and Analysis of High-Powered Model Rockets using OpenRocket”, International Journal of Engineering Research in Mechanical and Civil Engineering, 6 (8), 64-68, (2021).
• [15] Boztepe H., “PVC esaslı kompozit film üretimi ve karakterizasyonu”, Master Tezi, Eskişehir Teknik Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Eskişehir, (2021).
• [16] Şahin S., Karaman S., Örüng İ, “Atık PVC katkılı hafif betonların özellikleri ve tarımsal yapılarda kullanım olanakları”, Tekirdağ Ziraat Fakültesi Dergisi, 4 (2), 137-144, (2007).
• [17] Czogała J., Pankalla E., Turczyn R., “Recent attempts in the design of efficient PVC plasticizers with reduced migration”, Materials, 14 (4), 1-28, (2021).
• [18] Özsin G., Pütün A. E., “Pitch based carbon fiber production”, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 33 (4), 1433-1444, (2018).
• [19] Paiva J. M. F., Santos A. D. N., Rezende M. C., “Mechanical and morphological characterizations of carbon fiber fabric reinforced epoxy composites used in aeronautical field”, Materials Research, 12 (3), 367-374, (2009).
• [20] Gülcan E., “Karbon dokuma kumaş takviyeli kompozit malzemelerin fiziksel özelliklerinin incelenmesi”, Master Tezi, Bursa Uludağ Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Bursa, (2019).
• [21] Öztürk O. ve Elaldı F., “Low Velocity Bird-Like Impact Behavior on Honeycomb Composite Structure”, Politeknik Dergisi, 27(5): 1999-2011, (2024).
• [22] Kaya Z., Balcıoğlu H. E. ve Gün H., “Fiber takviyeli kompozitlerin farklı deformasyon hızındaki Mod I ve Mod I/II kırılma davranışların incelenmesi”, Politeknik Dergisi, 25(2): 843-853, (2022).
• [23] Yalçınozan M., Sarı E., “The Impact of Diferent Application Techniques on Fiberglass Casts: A Mechanical Experimental Study”, Indian Journal of Orthopaedics, 54 (1), S178–S182, (2020).
• [24] Korku M., Feyzullahoğlu E. ve İlhan R., “Farklı türlerde polyester ve çekme katkısı içeren cam elyaf takviyeli polyester kompozit malzemelerde çevresel koşulların aşınma davranışlarına olan etkilerinin incelenmesi”, Politeknik Dergisi, 27(1): 197-209, (2024).
• [25] Smith G. D., Hart R. G., Tsai T. M., “Fiberglass cast application”, The American Journal of Emergency Medicine, 23 (3), 347-50, (2005).
• [26] Wallenberger F. T., Bingham P. A., “Fiberglass and Glass Technology: Energy-Friendly Compositions and Applications”, Springer, New York, A.B.D., (2010).
• [27] Bedir F., “Alüminyum kompozitlerin üretimi, karakteristik özellikleri ve endüstriyel uygulamaları”, Mühendis ve Makine, 47 (554), 28-35, (2006).
• [28] Demir E., “Alüminyum alaşımlarda ısıl işlem etkilerinin incelenmesi”, Master Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir, (2008).
• [29] Yurdakul M., Özbay O., Yusuf İ. Ç., “Selection of aerospace aluminum alloys”, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 17 (2), 1-23, (2002).