Giriş
Model roket motorunun performansı sahip olduğu toplam itici kuvvet ve ortalama itme kuvveti ile ölçülmektedir. Ölçülen bu değerler her bir motorun üzerinde harf ve rakamla belirtilir. Kuvvet ölçümleri basitçe mekanik olarak yapılabilirse de elektroniğin sunduğu nimetler sayesinde hemen hemen tüm ölçü aletlerinde (doğru, güvenilir ve pratik olması bakımından) elektronik aletler tercih edilmektedir. Bu yüzden ben de motorlarım için bir test cihazına ihtiyaç duyduğumda hiç düşünmeden elektronik bir test standı üzerinde karar kıldım.
Önceleri
ürettiğim motorların performans testini geçip geçmediğinin yolunu basit olarak
başarılı bir roket uçuşuna bağlıyordum. Eğer ürettiğim motor, roketi başarılı
bir şekilde uçuruyorsa o motorun tasarım bilgileri ile diğer motorları
üretiyordum. Elbette deneme-yanılma yoluyla süren bu çalışmaların sonucunu almam uzun zaman alıyor ve
bu sonuçların hiç bir bilimsel dayanağı olmuyordu. Bu
motorları test edilmeleri için birkaç üniversitenin araştırma laboratuvarına
göndersem de testleri yapan kişilerin acemiliği ya da testlerin bana ulaşmasının
zaman alması gibi değişik nedenlerden dolayı bir test cihazına sahip
olmamın gerektiğine inandım. Bu amaçla kullanabilecek bir test cihazını
piyasadan satın alamayacağımı (gerek maliyet ve gerekse işlerliği bakımından) fark edince bu cihazın tasarımını kendim yapmaya
karar verdim. Zaten deneysel amatör roketçilik çalışmalarının özünde fabrikasyon
üretime meydan okumak yatmaktadır.
Roket motorlarının üretmiş olduğu itici kuvveti ölçen cihazlar hemen hemen
aynı tasarım prensibine dayanmaktadır. Bu tasarımda roket motorunun ürettiği
kuvveti, bir
yük hücresi
çok düşük voltaja sahip elektrik sinyallerine dönüştürmektedir. Bu düşük
voltajlı elektrik sinyalleri bir amplifikatörle yükseltildikten sonra bir sinyal
dönüştürücü yardımıyla sürekli bir veri akışı sağlanmaktadır. Bu veriler uygun
bir yazılımla sayısal olarak kaydedilebilir ya da dijital bir ekranda
gösterilebilir. Bu prensibe dayanan tasarımlara gerek ticari ve gerekse deneysel
çalışma bazında internetde rastlanabilir. Benim için en uygun böyle bir tasarıma
Jimmy Yawn adlı
Amerikalı bir deneysel amatör roketçinin web sitesinde rastladım ve kendisinden de
destek alarak sitesinde yaptığı projesinin aynısını gerçekleştirdim. Bugüne
kadar elde edemediğim en doğru ve mükemmel verileri bu cihaz sayesinde elde
etmeye başladım. Teşekkürler Jimmy!.... Jimmy'nin projesi ve benim de
gerçekleştirdiğim model roket motoru statik test standının başlıca öğeleri
şunlardır:
Resim 1 -- Standın genel görünümü
Resim 2 -- Standın üstten görünümü
Resim 3 -- Standın iç görünümü
Şekil 1 yük hücresine bağlı olarak kullandığım
amplifikatör devresinin elektrik şemasını
göstermektedir. Bu özel devrede güç kaynağı olarak iki adet 9V pil
kullanılmaktadır. Amplifikatörün en önemli parçası olan INA 125 çipi
Şekil 1 -- INA 125 P Entegreli Load Cell Amplifikatör devre şeması
Tasarım
Resim 4 -- Model Roket Motoru Statik Test Standının genel görünümü
Load Cell Amplifikatör
Elektronikten anlayan birinin devre şeması ve çipin teknik veri sayfasından yararlanılarak bu amplifikatörü yapması ve başarıyla çalıştırması hiç de zor olmamaktadır. Elektrik-elektronik ve haberleşme sektör üçgeninde yıllar boyunca kazandığı deneyimlerini öğrencilerine sunan Dokuz Eylül Üniversitesi İzmir Meslek Yüksek Okulu Öğretim Görevlisi Özgür Öz bu amplifikatörün gerek tasarımında ve gerekse yapımında desteklerini benden esirgememiştir. Kendisine bir kez daha buradan teşekkür ederim.....
Resim 5 -- Amplifikatörün dış görünümü Resim 6 -- Amplifikatörün iç görünümü
Veri Toplama
Model roket motorunun test edilmesi sırasında ortaya çıkan itme kuvveti yük hücresi tarafından düşük voltajlı elektrik sinyallerine dönüştürülür. Bu sinyaller amplifikatörde yükseltilir. Amplifikatörden çıkan bu sinyallerin değerlendirilmeleri için bilgisayar ortamına aktarılması gerekmektedir. Amplifikatörden gelen bu analog sinyallerin dijital sinyale çevrilme şarttır. Bu gerekliliği piyasada çok çeşitli modelleri bulunan ve aynı zamanda veri toplama işlevini de gören sinyal dönüştürücüler yapmaktadır. Çok çeşitli fiyat ve özelliklere sahip bu sinyal dönüştürücülerin benim için en uygunu olarak DATAQ Instuments şirketi tarafından satılan DI-194 RS sinyal dönüştürücüsünü kullandım. Bu kayıt modülünün giriş ucuna amplifikatörden gelen analog sinyal bağlanırken çıkış ucu RS-232 kablosu ile bilgisayarın RS-232(ya da seri) bağlantı noktasına bağlanır. Teste başlamadan önce muhakkak surette bu modülün kalibrasyonunun yapılması gerekmektedir. DATAQ Instuments şirketi artık DI-194 RS modelini satmamakta muadili olarak USB bağlantılı DI-145 modelini satmaktadır.
Resim 7 -- DI-194 RS Sinyal Dönüştürücüsü
Resim 8 -- DI-145 Sinyal Dönüştürücüsü
Verilerin Değerlendirilmesi
Sinyal dönüştürücüden bilgisayara gelen dijital
veriler ancak ücretsiz olan
WINDAQ yazılımı ve sinyal dönüştürücü donanımına
ait sürücünün bilgisayara kurulumu ile değerlendirilmektedir. WINDAQ yazılımı
hem kayıt ve hem de okuma yazılımından oluşmaktadır. Kayıt yazılımı, bilgisayar
ekranında görüntülenen gerçek zamanlı bir dalga görüntüsünün doğrudan ve sürekli
olarak bilgisayara .wdq uzantılı bir dosya halinde kaydedilmesini sağlar.
Verilerin kaydedilmesine başlanmadan önce ve sinyal dönüştürücünün kanallarına
bağlı test cihazından gelen verilerin toplanması amacıyla; kanalların
etkinleştirilmesi, sinyal örnek hızının belirlenmesi, kazanç ve ölçüm aralığının
belirlenmesi ve giriş sinyallerinin kalibre edilmesi gibi bazı ön işlemlerin
dikkatlice yapılması verilerin güvenirliliği açısından çok önemlidir. Okuma
yazılımı, .wdq uzantılı şekilde kaydedilmiş dosyadaki dalga forumundaki verinin
istenilen zaman aralığını (test anını) seçip o aralıkta mevcut olan veri akışını
.csv uzantılı olarak kaydedilmesini sağlar. Bu .csv uzantısına sahip dosya aynı
zamanda Excel simgesine sahip olup Excel formatında açılmaktadır. Excel
formatına bilimsel gösterimde kaydedilen veriler Excel hücrelerinin sayı
formatında biçimlendirilmesinden sonra genellikle çizgi grafiği şeklinde
gösterilir. Bu grafik gösteriminde X yatay ekseni saniye olarak zamanı
gösterirken Y dikey ekseni newton olarak itme kuvvetini göstermektedir.
Deneysel
olarak yürüttüğüm model roket motor üretim çalışmalarına, bu statik test
standından aldığım veriler büyük ışık tutacak!...
Resim
9 -- Windaq Kayıt Yazılımı
