9
! " " # " $ ! " % & " & ! % ! % % ! ! " " # #$ # ( ( $ " % & " ! " " " ! & " $ ! & ! ! ’ ( & " & " " ! " ! ) # " $ # ! * $ )$ +"$ ,-./0 & 1$ )$ +"$ ,-./0 &$ & 46th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit 25 - 28 July 2010, Nashville, TN AIAA 2010-6831 Copyright © 2010 by Mahmut F. Aksit. Published by the American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., with permission.

[American Institute of Aeronautics and Astronautics 46th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit - Nashville, TN ()] 46th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference

  • Upload
    mahmut

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

������������ ����������� �������������� ������

��

������������ ���� ������������������� ��������

��������������������� ����������

��

�������������� ����� �������������������

� ��������� ����� ���������������� ���� ������������������� ��������

������������������������������������ ������� �� ������������ ��� ��������

�������� ���!���� ���� ��������������"� ��������� �������������������������

�����"������ ���������� ������ ��� �������������#�� ���� �������� �� � ������ ��

���� �������� ��� ������� ���� ������ ��������������"������������������� ����

� ����� � �� ��� ���� �� � ��� �� � �� ��� ��� � ��� ���� ��� �� $�� �� ��� ������!

��� ���� ���� ����������� ������������ "���������� ���� �%������� ���������

�� ���� ������ �� ��� ���� ��������� ���� �� � � ����� � � ��� ���� ��������

����� ������������������������������ ����������������� �� ���� ���� ���

��������������&��� ���������������������� ����������� ���"������������� ���

� ������ �����������������������&��� �!�� ����� ���������� �������� ��������

������������������������������������ �%������ �������������������������������

������� ����� ����� �� ���������������� ������!�� ����������� �� ��������

����������� ���� �%������������ ���� �%����������������

'�������� �

��� �� ���������������

�� �� ��������������������������������� ������

��� �� ������������

��� �� �����������������

�� �� ������������

���� �� ��� ����������

�� �� ������������� ���

!� �� ��!������������ ���

�� �� ������������� ���

�"�� �� ��"�� ���������� ���

# � �� ����� �������������

#$� �� ��������#� �����

(�� (� �������

����������������������������������������������$���"���������������������������������� ����������%����&���

�� ��� �����������������������������"�� ����� ����������!����� ��� ������ ������������� ����������� ��������� �����

������ ��� �����"�� �"�� ������� ����������� ��"����� �� �� ��� ����� ��� ���������� ��� �� ���� ��� ���� ��������� ���������

�����������������������������������!�����������������������������&�����"������������������ �����$�������� ���

����������!������������������������������������������������&������������!�������������� �������������� ������

����� �������� !���� ����� ������������� '���� ��� ���� ������ � ������ � �� ��� ���� �����(�������� ������� �������� ����

�����������������������������������������������������������������

&����� �������������������������������"���������������������������������������������&��������������������

��������� ������� ����� �����"����� ������ �����"���!��� ������ ������������������"������ ���!��� ������ ��� �����

�� ����� �������������������) �������������������������#� ��������������������� �������� "��������$�

�������� �#������ ��� �������� ����������� ��� ���� ������� ���������� ������� ���� �� ���� �� ���!��� ���� ��������� ���

���������������������������������������� ���������������������*����������������$�������������)��������$��������+�"������$�,-./0����� ��& ������

���������1����$�������������)��������$��������+�"������$�,-./0����� ��& ����$����������������

&�

46th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit25 - 28 July 2010, Nashville, TN

AIAA 2010-6831

Copyright © 2010 by Mahmut F. Aksit. Published by the American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., with permission.

������������ ����������� �������������� ������

��

���!����������������������� ���������������������������������#��������� ���������������������������������������

��������������������"����!������������� ������������������������ �������������#� ������2������������������� ������

���"������������ ��������� ����������� �����$�!������� ��������!�����������1���� �������������� ��������� ���������

��� �������� �������������������������� �������������������������������������������������������������������������

�������

� 2������� ��������� ��� ��� ��� ���� ��3��� ����� ���������������� ����� ������� �"������ �������� ���� ����� ��� ��� ���� ������� �������������������������������������������������������������������� ������� ����������������������������������� � ������ ������� ��� ������ ��� ��� ���� ����� ��� ��4 ����� ��� ���� �������� ����� ��� ��������� ����� ��������� ��� �� �������� ��

�$���2������������������� �����"�����������5$�!������� ��� �������������������������"���������� ������������

��������������������������������������5$��� 2������������������������� ������������ ������������������������������������������������"������$�����"�� ���������!���������������� ������ ���� �������$�� �� ��� ��������� ��(���������� ����$� ����� ��������� ���������!��������� ������������&��� "���� ������#� �� ��� ��� �� ��� ���������� ��� ����(�������� ����������� ����� ��� ����!� �� !���(������

���������� ���� ������� � ���� ������� ��$� ������ ���� �#���������� �� ����,$-� !����� ����� ��� ��������� ����� �������

������$� ��!�"��� ���� ������ ���� ������� �����������$� ��� ����� ��� ���� ������ ������� ��� ��� ��� ����� ����� �����

6������$������ �������������������������%�����"���������������������7���$����� ����������������������������������

������������� ������� ����������������� ������������ ����2�� ������������������������

�� ���������� �����"������

�������������$������"����������������������������������&�������������������������������� ����"���� ��������������

����� ��� ��"����� � ������ ���� ������ ������ ��$� � ���� ���� ���� ������ ���� ����� ��%��� ��� ������� ����������� ���

���������&�����������������4 ������������������������������������������ ����������������)�"�����������������������

����������������������"�����������������8�������������9��7�!�"��$� �����#���������������������������2�� ���������

��� ������ ��� ����� ���� ��� ��� ��� ��� ���������� �� ���� ����� ��������� &��� �������� ��� ����(��(�������� ���������

��"������ ������ ��� !���� ��� ���������� &��������$� ������ ��� ���� �� ��� ��� ��� ���� ���� ���� "����������� ��� ����

�#�������������������������

� �&���������������������!���� ������� ������������"���������/-�,��1�����: ����������;������, �<��1�����: �=/�

�������;������������������#��������������/��7�!�"��$����������������"�� ������!�� ��������!�������� �����������

���� ������ ���� ���������������� �����������!(��!�!����������� �������� ���!��>� ���������0� �����������(,�������

�������$�!���������������������������� �������#����������������������"��������������������!�������!�������� ����������

� ����$� "���� �� �#���������� �����"������$�� ����������� ����� ����� ������� ������ ����������������� ��������� ���

���������������

� ������!���$������������������������������ ������������������ ��������� �������������������"�����!�������

����� �����&������ ������"������������������������������������������������������� ������������������������������

����<$�������� ����������� �� �������������� ��������"���� ��� �������������� ���� ���������&����!����������� � ������

���������������������������������������� ����������&����#������������� ����������������������!������������������� �����

((�� �!�� �����������

� 7� ��������������������������������������������&������������ ����������� ����������������������������"�����������

������������������ ��������� ������������!����!�������������:��� ����;��&�����������������!����,�=(�-+?@�(,2�

�������"������&!�����!������������������ ����� ���$������������������������������������ �����A&�(,</(<2�*(��

����� ����� ��� ����� ����� ���� ���$� !����� ��"�� < <�.�<�B�2�*� ������"���� ��� (�=C>� ��� � C>� �����������

�������� ���������&���������������������������� ������������ ������������� ������ ������������� ������� ����"���

������"��������������&����� ����������������� ������������!��������������������������&����� ����������������

��"�� ���������� �� ��������%��� ������ ������� &�� ����� ��� �������� ������� ����������� ���!��� �� ��� ����� ��� ������

� �����$�����������������%�������������������%������������������������������������������2�������������������������

�������������������������!������� ����� ������ ��������������� ������ ���� ����������� ��� ����� ���������������

������� �!�� ����� ������ ������ �������� ������ ������� ������� ���� ����� ����������� ��������� ��� ��� �����"�� ��� ����

���������������������� ���������������=(�������������4 ����������������������������������� ���������� ��%���

���$�6(�������"�������� �������!����������� ��������������"���������������������������� �����$�6(��������"���

�������������������������������� ������������ ��������������������������� ��������( ��������������������&���������� ���������������������������������!�������������������������������������������������!���� ���������

��������������#������������������������&����������������"���������������������������������"���������� ����!�����

���� ���������� �#��������� �� ���� � ����� ������� ������������� +��� ��� ���� ��� ������ ���"����� ����� ��������� ���

������������� *���"����� ����� ����� ����!� ������� ��� ��������� �� ��� ����� ����������� ��� ����������� ������� ��� ������

������������=���

������������ ����������� �������������� ������

,�

�������������������!������������������4 ������������&�����������������������������-/ ����������#�� ��

���������� ������!���� �/� �'�� �� �� ������� 1�!��� ��� ���� ������� ��� ����������� ��� ���� ������ ��� �� �������� ���$�

!������������ �������������� �� ������������ �������!�����������������

�����&�������������!����������������������� ���!������� ������������������ ����������������"�����������������������

������������������1��%����������������������������������� ����������������� ����������������������!�������� ����

�����������������������������2�����������������������������%������������������ �����������������������������������

�������������"��������������� ���������� �"���������!�������������� ��������������� �����&���������������������

��������$���������������� ��%������������ ������ ���� ��� � ��� ���������������� ������������(�������#� ����� �������������

����� ��������� ��� ���� ���� ��� ����� ���� ������� �� ������ A#��������� ���� ��� ����� ���� ����� ������� ��� �������

����������1���� ����������� �����������������������,���������������������&�������������������������������������

!���������� �D��:-�����;$�� �D��:=�����;$���, �D��:�������;�!��������������������������/�D���&������� ����

�����"�� �����������"�� ��� ����� � ����������� ������������������������ ���� ��������� �����$� �����"��������� ����

��������� ����������!���������������������������� ����������������� ���������������������������(�������������������

����������������������

� ����������������������� �����������, �=�����:/��/ ��;�����������������&���������������������������������"������

�������������������!�������������������������� ���������!������������������������������������ ���������!����-/�

������������������/����������������������������� �����������������&������������������������������������"������

����������������

)��� �*�� ���������������������������������������

$��� � ��� ����� ��

� ���� ��������

+���� ���� �������

������������ ����������� �������������� ������

-�

��

��� ��� ���

������������� �����

����������� ���� ����

����� ��

����� ��

����� ��

����� ��

(((�� �!�� ������� ����� �

� ���� �����!����������$� �����#��������������������� �����������������#� ��������� ������� ��� ������������

��������� ������������������������������������������������$����������������������������������� ����������"�����

�������������������

,�� ��������-���� �����.�� ���������������

&������������������"��!��������������� �������������������!������ ���������������( �$��!���������������������

�� ��������������!����������(��(���������������������$���������������������������� ���������������������� ��%���

������"�������!��������������&��$������ ��������������#� ������������� ���������"��������� ��������������!����

�����������������#���� ���"��������������������������������������������&������������������������������������������ �����

���������������������� �������� ���������������� ��������������������������� ��������������������������������!����

������� �������������!�������������������� ���� ����������������������������������������(� ��������������

&������� ������ ����� ����� ���� ������� ��� ������ ����� ���� ����� ��������� ��������� ��������� � �� ��� ���� �������

����������� &��� �������� ��� ������ ����� ������ ���� ����������� ���� "���� �� ������� �#� ����� ��"���$� ��� ���� ����� ���

������������������������������� ������������������������!������������������������$������������������������������

��������������������!�������������������������������������������!��������������������������������������������������

&����������������������5*�������� �������������������������������%������������!�������������� �������������������

�� ����!����� &��� ������� ��� ��������� ������� ������������ ��"���� �������� ���� � ���� ���� ����%����������� ��� ����

�� �����&!������������������������������������������������������������������������������������������� ������������

�� ���� ��� ���� ����� �"������ ��� ������ �������� ���� ��������� ��� ���� ����(������ ������� ������ �������� ��� ���� ����

���������������&����������������� ����������������#����������������!������� ���,���

)��� �/������� ����� �������� �� ����� �� ��������� ������ ���� ���������������!�� �����

&������ ���������������������(�������������������������������������������!��������������������������������&���

������������������#� ����������������������������������������������������������������"�����������������������������

)��� �0�+������������������������

������������ ����������� �������������� ������

/�

��� ��� ���

������������� �����

������� ����

������

������

������

������

� ��� ��� ��� ���

���������� ����������

��������������

������ �

���� �

������ �

���� �

����� ������������������������������������������������������������������� ��������� ������#������������ ���������

���� ��!� ��� �#������ ������ ����� ��(��������� �� ����� ����"�� ��� &����� ���� ������� ����� ��� �� ���� !���� ����

�����"����������������������������������� ���������!�������� ������������������ �������������

��� ��������-���� ����.�� $�������������A#���������������� ������������������������������������������������������������������������!�������������������

����������������� ������&������ ��������������������������������������������������������"�� ������)������������

������� ����� ���� �!����������� ������$� �����, � �������� � ����� �� ��� �#������� ����� ���� ��� ���� ������ � �!��

��������� ������ ������ ������$� ���� ������� ��� � ������ "���������� ����� ����"�� �� ��� ������� ���������!���� ����������

����������

&��� �#��������� ������!���� ���� ��3 ������ ��� �������� ������������ ��� �� ���� ��������� ���� ��������� ��������

���������&�������������������� ����������������������������������������������������������������������6������������

������� ��� ���������� ���� �� ���������� ����� ��� ����� ���� "���� �� ����������� ��"���$� ���� ����� ��� ������� ��%��� ���

����������"������������������������������������&������� ��������(������������������������������������������ ���-�

����, ����$��������� ���/������ �������������������

� �

)��� �1������� ����� �������� �� ����� �� ��������� ������ ���� ��������� ��� �������/222 ���

)��� �3������� ����� �������� �� ����� �� ��������� ������ ���� ��������� ��� �������*2222 ���

������������ ����������� �������������� ������

0�

� ��� ��� ��� ���

���������� ����������

��������������

�� ���

�������

��������

�������� ���������� ����� ��� ���������������� ������ ���������������� ��������!���������������������� ����������� ���

����������&��������"���� ��� ������!����������!���� ��������������� ��� ��� ������������������ ��� ���.�� � ������ ������

������������$��������������������������������������� ���������#� ������������� �,����:�������;������������������

����$� ����������� ��� ����� ��� ����� ������������� ��������� ����� ������� ������$� �������� ���������� � ��� ��� �������� ��

��� ���0$�!������������������ ����������������������������������������������$������������"��������������������

����������������������������!���� ������������������ ������ �������7�!�"��$������� ������ ������ ����������$� ������ ��

�������������!�������������������������������������"������������

&��������������������������������!�������������������������������������������������� ������������������������

�� ������������� ������������� �����#��������� ��� ���������������� ������������ �������� ���"���������������

���� ��"� ������ ������� � ��� ������ "��������� ���� ��"�� ��� ��� �������� ����������$� �������� ��� ���� �����

���������������� ����������������� ��� ����� ��� ���� ����� ������� ������ ��� ��� ������ ���� � ��� ����������� ����� ������

������������!��� ���� ������������������� ��������������� �������7�!�"��$� ����������� ����� ������������ ���� ���

�#�������������"����������E���������������(�� �����������������������"���� �������������������� ���������������������

"�����������7�!�"��������$������� ����������������������������������������������"���!���������������������������

�����, ��������� ����������������� �����������������������������������������������!����������������������

)��� �4������ ����������������� ����� ����� �����������������5�60�3��

��� ����+���� ������������ �

2� ���������������!�����#����������������������������"�� ����������������� �����������������������������

����"�� ���!������������������������ �������������������������������:, ����;�����������&����������������������

���������������� �����!������������������������������������� �������������$������������������������������� �����&���

������������������ ���������������������������!���� ������"��������#��������� ���������&������ �����������������

�������������������� �"�������� ���<����������������$������� ���=�����, �����������

&������ ����������������������������������� ����� ����������������������������������� ���!����������������������

����� ���������&��$�������������������E����� ������� �����!�������(������������������!�����������������������������

������������'��������������������������� ����!���� ������"����������� ��$���������$������������� �����������

���� ������� ������� &���� ��������� ����� ����� ������� � �� �� ���� ����� ��� ����� ����� �������� ������� ������� ����

��������������&���������������������!����������������������������������������������.��

'���������������� �"����������!��� ����, ����$����������� �"�������������������������$�������������� ����

3 ��$���������������� �������������������������� ���������������������� ���������&������������������������������

!���� ���� �������� �� ������� ����������� ��� ����� ������� 7�!�"��$� ��#�� �� ������� ������ ���� ��#�� ��

��������������������!����������������������������������������������������$���������������� �����������������������

���� �� ��� ����� ���� ��� "��������� ����� ��� ��� �������� ����������$� �������� ��������� ����� ���������������� �������

&�������"�� �����������"�������������� ����������������������������� ���������"��� ��������� ��$��������������

������������ ����������� �������������� ������

<�

� ��� ��� ��� ���

������������� �����

������� ����

������������

� ��� ��� ��� ���

������������� �����

������� ����

��������������

������ !!!��"�

������� �� �$����������������������������� �������� ������������������������������������� ��������������"���

����������������������������������� ������������ �����������������������

)��� �7������� ������� ������ ����������!�� ����

��

)��� �8������� ������� ������ ���� /222 ����������������

$������� ��������9��� ��� ��

����� ��� ������ ���� !����� ����� �� ��� ������� ��� ����� ��%��� ��������� ��� �� ��� �����$� ���� ���� �������

�������������� ��� ������ ��� ������������������$� ��� ������ ����� ������� ��������!�������F������ ���,�&���� ������

���4 ������������� �������������������������������������������������&������4 �����������������������������������������

���������������������������� ��������������������������2�� ������1&�A������ ��������������������� ����������������

��������������$���������������������������������������������� �����&��������������������� ���������� ������������������

������������������������������) ����������������������� ������������$����4 ��������������!���������������������

� �����7�!�"��$������������������������������������������������������������� �4 ���������������������������������

������������ ����������� �������������� ������

=�

���� ��� ���

������������� �����

������� �������

�����������

�����������

���������� ������������������ ���������4 ������������&��������������� ����� �������������������������������

���������������������� �����������4 ����4 ��������� �����������������!��������� �������������������������� ����

����������� ������� 7�!�"��$� ��� ��������� ���� ������� ������ ��� ���� ��������� �� ���� ����� �����$� �������� ����������� ���

��4 �������������!��&��������������������"�� ������� �������������������� ���

&��������������������� ����!������������#� �������"������� ���������=������&������ ���������������������� ���.��

&����������"���������������������!���������� ������������������!�������������������F���������,���A"���� ���

���� �����������4 �������"������������$���������� �� �����"����������������������������������!������

(:�� ��������

� 2� ��� ������ ���"���� �� ����� ��������"�� ��� ��"������� ��������� ������!���� ���������� �����"������ �� �������

������������ &���� ��� ����� !�������� ������ ������ �#� ������ !���� �� �������� ������� ����� ��� ���� ���� ) �� ���

� ������������������� �����$�!����������� ����������������������������������$������� ���������������"�����������������

���������������������������������!�������������������!����������&�������������������������������������������������

����������������������������������������#������������� �������������!�������������������� ��������� ���������

) �� ��� ���� ���������� �������������!��� ���� ���������� ��������������������!���� ���!����� ���� ������� �������"��$�

�� ��� ������ ���� ��!� ��� �#������ ����� ��� ��������� ��� ����������� ����"���<�� '����� ����������� �������� �����

����������� ������ �� ������ �#� ����$� ����� ��� ��������� ��� ��������� �� ���������� ����� ��������� ��� ����� !����

� ���� ����� � ���� ����� ��� ������ ���� �#���������� �� ����� !����� ���� ��� ��������� ����� ������� ������$� ������ ����

��� ������������������������"����� ����� ��%���������������������������������� ��������� ��$�� ���������������

������������ �������������&����!������������������#����������������������"��������������"�� �� ��������� ������

������ ����������>��������� ��� ���� ������ ��� ���� ���!������ ���������!���� ���� �������� ����� ��������� �������� ���

������������.����F���������

,������������������������������������������ ����������������"�� �� ��������������������

'����������������������������"��� ��������� �������$���������� ��������������������������"�����!����� ����

����� �� ����������� �������7�!�"��$� ����� ��������������� ����� ��������� ������ ��� ����!��������� �������� ���

����� �����&������������� ����������������������������� ������������ ����������� ����"����������������� �����������

����������$����������������������������������������������6"�����$����������������������������"���������������"����

���� ��������� ������� ���������������������"�� ���

)��� �*0������ �������9��������/�����

������������ ����������� �������������� ������

.�

&��� �����

�2�� $�1�$�)����$���$�@����$�*�$�F��!�����$�*�$���������$�@�$�G7�������������2����������������A����������>�"�������

2� ��������$H��.���%�%%���%&��%�'&����(�%�&&�)*�� � �*"����*��+*�,������(�&-.��� $��������$�>�$��..,$�����1�����

?������(.,(�..0���

������$� @�$�2�� $�1�$�)����$���$�F��!�����$�*��I�$� ���1����$�*�� @�$� G��"�����2� �������$H��/�(�%�%%���%&��%�'&����(�

%�&&�)*�� � �*"����*��+*�,���$�F����2 ���B����$��F$��..0$�����1�����?������(.0(�. <���

,F��$�>����$� ���������$�J�$� G>���������������� �������+���� ��2� �������$H��0 .�%�'&� �� ��� �*����1����������

+*�,���$�7� ���$�&�#��$��../$����A�1�����?���./(I&(�����

�-'���$�1�� A�� ��� @���$� &��B�$� G��&���� ��������� ���� �������� ������ ���&��4 ��� ��� ���� ������ �������� ��2� ��� �����$H�

)*������*,�&�2�����2�1����������� *3�$�B�������$����A$�?����$��...$������0 (�00��

�/�����$� ��� ��$� G�� >��� �������� �� ��� ��� 2� ��� ����� >������ F����� !���� �������$H� 1��)�� )����������$� *���������

1�������������� ��$�&���$�?J$��..=��

�0>� ��$�*��A�$����1����$�*��@�$�G��"����������)�"������������F������ �������I���& �����$H����(�%�%%���%&��%�'&��

��(�%�&&�)*�� � �*"����*��+*�,������(�&-.��� $��������$�'�$��..<$�����1�����?������(.<(�<,���

�<����$� B�$� G�������� 2������� F���(6��� �� ��������� 2� ��� ����� >���� ������$H� �*�� .� �� ��� �*���� ���"*����� *��

�����"*� � .�*������(�4��������*,�$* � ��2�'��.����$�����0�,(0,���

�=) ��$�A��&�$� G�������� ��� ������7������ ���A������ ��� &������� ���)�������B��������� ��7����������� F���� ���6���

2� ��������$H������&�����$��������+�"������$����� �$�� 0��

�.�����$���� ��$� )�� $� J�$� K������$� �$� ��� K�%��$� 7�$� G�� "���������� ��� 1���� ��� ��������� >� ����� �� 2� ��� �����$H�

&�� .� �� ��� �*���� ���"*����� *�� �����"*� � .�*���� ��(� 4�������� *,� $* � ��2� '��.����$� 7��� � $� 7$� � 0$�

�*6��>���(-��