İbrahim SÜNNETÇİ & Saffet UYANIK

Her ne kadar Türkiye’nin özellikle hava platformları, ayrıca hedef uçak, vb. insansız platformlara yönelik kullanım için optimize edilmiş ilk milli turbojet motoru olma özelliğine sahip KTJ-3200’ün geliştirilmesi Kale Arge Firması açısından çok yorucu ve zorlu bir sürece dönüşmüş olsa da Şirket bu projeden edindiği bilgi birikimi, yetkin insan gücü ve teknik altyapı ile bugün hem yurt içi, hem de yurt dışı müşteriler için farklı itki gücü kapasiteli KTJ Serisi 4 ayrı turbojet motor geliştirme projesini aynı anda yürütebilmektedir.

20 Nisan 2022 tarihinde Gebze Teknik Üniversitesi’nde düzenlenen 1’inci Havacılık ve Uzay İtki Sistemleri Kongresi’nde konuşan Kale Grubu Yönetim Kurulu Başkan Yardımcısı ve Teknik Bölüm Başkanı Osman OKYAY, Kale Grubu bünyesindeki 9 şirketten birisi olan Kale Arge’nin Turbojet Motorların Geliştirilmesi Projesi altında KTJ-3200 Turbojet Motorunu geliştirirken yaşadığı zorlukları, çıkarılan dersleri, kazanılan kabiliyetleri ve bu kabiliyetlerin sonucu olarak kısa sürede hayata geçirilebilen yeni turbojet motor projelerini çarpıcı bilgilerle dinleyicilere aktardı. 

Turbojet Motorların Geliştirilmesi Projesi ve KTJ-3200’ün Geliştirme Süreci

Kale Grubu Teknik Grup Şirketleri’nin vizyon sahalarına giren konularda araştırma ve geliştirme çalışmaları yapmak üzere 2013 yılında Kale Arge şirketi kurulmuş, sonraki yıllarda ise Şirket tamamen “gaz türbinli sistemler” odağında çalışmaya başlamıştır. ‘Turbojet Motorların Geliştirilmesi Projesi Sözleşmesi’ altında tüm kontrol ve aksesuarları dahil, tamamen yerli ve milli olacak KTJ-3200 Turbojet Motorunun geliştirme sorumluluğunu üstlenen Kale Arge, o tarihlerde gaz tribün motorlar konusunda gerek tecrübeli insan kaynağı (hem akademik personel, hem de işgücü anlamında) ve teknolojik altyapı, gerekse ekosistem açısından Türkiye’de çok ciddi bir açık olması nedeniyle ihtiyaç duyulan tüm teknolojiyi ve kritik alt-sistemleri kendisi geliştirmek zorunda kalmıştır. Örneğin, KTJ-3200 Turbojet Motorunun kritik alt-sistemleri olan Elektronik Kontrol Ünitesi, Yakıt Pompası, Piroteknik Ateşleyiciler, Alternatör ve Rulman konusunda Türkiye’de o tarihlerde daha önce çalışmalar yapmış, tecrübe sahibi bir şirket bulunmamaktaydı. Dolayısıyla Kale Arge sadece motorun çekirdeğini, ana sistemini değil aynı zamanda alt-sistemlerini de Kale Grubu bünyesinde geliştirip üretmek zorunda kalmış yani ürün geliştirme sürecinde ArGe de yapmıştır. Oysa en ideal ürün geliştirme sürecine, üründe kullanılacak teknolojilerin geliştirilmesi sonrasında başlanır. Dünyaya baktığımızda da görüyoruz ki motor üreticileri önce o motorun içine girecek kritik alt teknolojileri geliştirmekte ardından motoru geliştirmektedir. Konuşmasında kritik teknoloji olmadan motor yapmaya kalkışmayı “yapılabilecek en büyük hata” olarak tanımlayan OKYAY, Kale Grubu olarak bu hatayı yaptıklarını ve bunun sonucu olarak 4 senede bitirileceği taahhüt edilen Turbojet Motorların Geliştirilmesi Projesi’nin 10 senede bitirilebildiğini ifade etmiştir.

Dolayısıyla Turbojet Motorların Geliştirilmesi Projesi altında Kale Arge hem ÜrGe hem de ArGe faaliyetlerini bir arada yürütmüş ve bu sayede bir yandan edindiği ciddi ‘know how’ (bilgi birikimi) ile turbojet motorlar konusundaki teknolojik hazırlık seviyesini yükseltirken diğer yandan da Türkiye’de turbojet motor üretimine yönelik ekosistemin oluşmasına öncülük etmiştir. Bu süreçte örneğin sadece piroteknik ateşleyici (5.000 metre irtifada yaklaşık 1 Mach ses hızında uçan bir füzedeki motoru çalıştırmak hiç de kolay değil, saatte 150km rüzgârın olduğu bir yerde sigara yakmaya çalışmak gibi bir şey) teknolojisinin kazanımı ve üretimi için de iki yılı aşkın bir süre harcanmıştır. Motorda kullanılan rulmanlar daha önce yurt dışından temin edilebilirken KTJ-3200 Motorunun füzelerde kullanılacağı gerekçesiyle rulman tedarikinde sorun yaşanmış ve iki senelik bir uğraş sonrasında Kale Arge rulman tasarım analizi öğrenerek ihtiyaç duyulan havacılığa özel, uzun ömürlü ve havacılık kalitesinde rulmanları Kale Grubu bünyesinde üretmeye başlamıştır. Halen farklı yapı ve tipte rulmanlar turbojet motor ihtiyaçlarına göre üretilebilmektedir.

Turbojet Motorların Geliştirilmesi Projesi kapsamında Kale Arge aynı zamanda başta mekanik tasarım analiz, aerodinamik tasarım analiz, turbo makinalar üzerine sistem mühendisliği ve motor kontrol algoritmaları olmak üzere pek çok önemli teknolojik kazanımlar da elde etmiştir. Sonuç olarak çok yorucu ve zorlu bir süreç sonunda küçük turbojet motorlarda kullanılacak kritik alt-sistemleri olan Elektronik Kontrol Ünitesi, Yakıt Pompası/Yakıt Kontrol Sistemi, Piroteknik Ateşleyiciler, Alternatör ve Rulman gibi kritik-alt-sistemler bugün artık rafta hazır ürünlere dönüşmüş ve bu sayede yeni motor geliştirme projelerinin önü açılmıştır.

KTJ-3200 Motorunun geliştirilmesi sürecinde Kale Arge’nin en önemli kazanımlarından birisi de şüphesiz ki yaklaşık iki yıllık emeğin ürünü olan İrtifa Test Sistemi’dir. Kale Arge Tuzla Geliştirme ve Test Merkezi yerleşkesinde bulunan İrtifa Test Sistemi’nde kullanılan bütün kontrol yazılımları, test kontrol sistemi yazılımları ve motor datalarını toplayan bilgisayarlarda koşan yazılımlar Kale Arge tarafından geliştirilmiş olup burada motor 5.000 metre (15.000ft) irtifa ve 0.95 Mach hızlara kadar test edilebilmektedir. Altyapı çalışmaları yaklaşık 2 yıl süren İrtifa Test Sistemi’nin turbojet motor geliştirme süreci açısından hayati öneme sahip olduğunu vurgulayan OKYAY, “Sadece bremzede test ederek motor geliştirmek mümkün değil. Hiçbir zaman motorun irtifada nasıl davranacağından emin olamazsınız. Dolayısıyla İrtifa Test Düzeneği/Sistemi bu projedeki en büyük kazanımımızdır diyebilirim,” ifadeleriyle bu kabiliyetin önemine dikkat çekti.

Kale Arge ayrıca hem ARAT Projesi hem de KTJ-3700 Turbojet Motorunun testleri için İrtifa Test Düzeneği/Sistemi’nin çalışma/test irtifa koşullarını 10.000 metreye çıkarmak üzere çalışmalarına devam etmektedir. Bu sayede yerden 10.000m yukarıdaki hava şartları simüle edilebilecek ve testler ile motorun o şartlarda nasıl davrandığı gözlemlenebilecek.

OKYAY, İrtifa Test Düzeneği/Sistemi’nin çalışma özellikleri hakkında ise şu bilgileri paylaştı: “Burada saniyede 10kg hava üretiyorsunuz kompresörlerinizde, daha sonra o havayı kurutuyorsunuz çünkü yukarıda hava kuru ve -50°C kadar soğutuyorsunuz. Bu değerleri tabi 0°C, -50°C arası ve 0m, 5.000m arası alın. Ondan sonra bu havayı motorun ağzına besliyorsunuz çünkü motor uçarken ağzından böyle bir hava giriyor. Sonra bu motoru bir odacığın (chamber) içine alıyorsunuz ve onun da içini 0.3 bar’a kadar vakumluyorsunuz çünkü yüksek irtifada basınç düşük. Bu altyapı sayesinde her irtifada (0 ile 5.000 metre arası), her hava sıcaklığında (0°C, -50°C arası) ve her uçuş hızında test yapabiliyorsunuz. Bu dataları giriyorsunuz sistem ona göre ayarlıyor ve irtifa testini gerçekleştiriyor. Buradan çıkan dataları da Test Kontrol Bilgisayarı ile eşzamanlı çalışan başka bir bilgisayarda motor datalarıyla topluyorsunuz ki birebir mukayese (match) edebilesiniz. Hangi irtifada, sıcaklıkta, hızda motorun nasıl davrandığını görebilmek için. O iki bilgisayarın birbiriyle çok uyumlu çalışması gerekiyor.”

Kale Arge Tuzla Geliştirme ve Test Merkezi bünyesinde İrtifa Test Sistemi dışında Sahra Tipi Test Düzeneği (Bremze) ve Yanma Odası Test Sistemi ile Alternatör, Yakıt Pompası, Piroteknik Ateşleyici ve Elektronik Kontrol Ünitesi gibi alt-sistemlere yönelik Kontrol ve Aksesuar Test Düzenekleri de bulunuyor. Sahra tipi testler özellikle mukavemet testleri için çok önemli olup su alımı, kum alımı ve hava bozuntu gibi özel motor testleri burada gerçekleştirilmektedir.

KTJ-3200

Kale Arge'nin ilk motoru olan KTJ-3200, SOM (SAGE) ve ATMACA (ROKETSAN) Füzeleri için geliştirilmiştir. 4 kademe eksenel kompresör, dairesel (annular) yanma odası ve tek kademe türbinden oluşan 3.200N (Newton) itki gücü kapasiteli KTJ-3200 Turbojet Motoru, 63cm uzunluğunda, yaklaşık olarak 30cm çapında ve 50kg ağırlığındadır. Düşük yakıt tüketimi ve farklı irtifa/hız şartlarında başlatılabilme özelliklerine sahip olan KTJ-3200, SOM ALCM ve ATMACA Gemisavar Seyir Füzesinin görev zarfına uygun olarak 5.000m irtifada ve Mach 0.95 süratte çalışabilecek şekilde tasarlanmıştır. Piroteknik ateşleyici ve rüzgâr etkisi ile çalıştırma (windmilling) özelliğine sahip KTJ-3200’ün geliştirme ve test sürecinde Kale Arge Tuzla Geliştirme ve Test Merkezi yerleşkesinde bulunan İrtifa Test Sistemi önemli bir rol oynamıştır. Tamamen yerli ve milli olarak geliştirilen motor, her türlü ihracat kısıtlarından muaf olup tüm komponentleri Türkiye’de üretilmektedir. KTJ-3200 Motorunun kalifikasyon süreci başarıyla tamamlanmış ve seri üretimine başlanılmıştır. İlk etapta bu yıl içinde 50 adet teslim edilmesi beklenmektedir.

KTJ-3700

KTJ-3200'e göre daha fazla itki üreten KTJ-3700 Kale Arge’nin kendi öz kaynaklarıyla yaptığı bir proje. 50kg ağırlığında, 10.000 metre irtifa ve 0.95 Mach uçuş hızına sahip olması hedeflenmiştir. Kale Arge paralelde test düzeneğini 10.000 metreye çıkarmak için çalışmalarına devam etmektedir. Test düzeneği üzerindeki çalışmaların bitmesine müteakip 2022 yılının ikinci çeyreğinde KTJ-3700 ile testlere başlanılması planlanmıştır.

KTJ-1750

Daha küçük bir motor olan KTJ-1750’nin 1.750N gücünde, 17kg ağırlığında ve 0.95 Mach hızında olması beklenmektedir. 2022 yılının üçüncü çeyreğinde testlerin tamamlanıp seri üretime geçilmesi planlanmaktadır.

ARAT Motoru

Kale Arge tarafından yerli ve milli olarak geliştirilecek bir turbojet motorudur. Çok düşük yakıt tüketimi ve yüksek itki kapasitesi beklenmektedir. İleri seviyede bir motor olması hedeflenen ARAT, diğer motorlarda olduğu gibi her türlü ihracat kısıtlarından muaf olacaktır. ARAT Projesi SSİK onayından geçmesinin ardından Kasım 2021 itibariyle başlanmıştır. Geliştirme süreci için verilen tarih 40 ay olmakla beraber Kale Arge projeyi 30 ayda bitirmeyi hedeflemektedir.

Editörün Notu:

Kale Arge, tüm kontrol ve aksesuarları, rulman (çelik malzemeden üretilmekte) gibi kritik bileşenleri dahil tamamen yerli ve milli bir turbojet motor olan KTJ-3200’ün Seri Üretimini tamamen yerli kaynaklarla ve özellikle Kale Grubu’nun teknik kabiliyetlerinin azami şekilde kullanımı ile yapıyor. 2022 yılı, hem KTJ-3200’ün entegrasyonu ve seri üretimi, hem de yeni motorların kalifikasyonu ile geçecek. Kale Arge üretim ve test altyapısını bu süreçte daha da büyütecek ve geliştirecek. Kale Arge Genel Müdürü Cüneyt KENGER 110’uncu sayımızda gerçekleştirdiğimiz söyleşide Kale Arge’nin mevcut üretim ve test altyapısı ile yıllık üretim kapasitesi hakkında şu bilgileri paylaşmıştı: “Kale Arge seri üretim açısından “entegratör” görevi görmektedir. Yani tedarik zincirinin yönetimi, montajlar ve test/değerlendirme işlemlerini yürütüyoruz. Şu anki üretim planımız, ihtiyaçlara binaen yılda 150 adet motor olarak belirlenmiş durumda. Üretim kapasitemiz bu sayıların çok üzerinde...”

Küçük boyutları ve düşük ağırlıkları nedeniyle kamuoyunda küçük turbojet motorların geliştirmesi ve üretimi kolay ürünler olduğu yönünde yanlış bir algı söz konusu. Oysa aslında hava araçlarına yönelik havacılık kalitesinde bir küçük turbojet motorun üretimi, büyük turbojet motor üretimine kıyasla mühendislik açısından daha zorlu bir süreci temsil etmekte. Diğer yandan, İrtifa Test Düzeneği/Sistemi her ne kadar küçük turbojet motor geliştirme sürecinde önemli bir test altyapısını temsil etse de böyle bir test altyapısına sahip olmadan da bir turbojet motor geliştirmek mümkün. Örneğin, dünyanın önde gelen turbojet motor üreticilerinden ve pazarda önemli bir yere sahip olan PBS Velka Bites Firması bildiğim kadarıyla İrtifa Test Sistemi’ne sahip değil. Edindiğim bilgiye göre şirket uçuş zarfına yönelik testleri sahip olduğu rüzgâr tünelinde gerçekleştirmekte ayrıca yer testleri için bir dizi test düzenekleri mevcut.

KTJ-3700 motoru, KTJ-3200 boyutlarında ama yenilenen aerodinamik tasarımı ile farklı koşullara yönelik geliştirilen yeni bir motor. İtkisi daha yüksek ve yenilenmiş aerodinamik tasarımı sayesinde özgül yakıt tüketimi daha düşük (TR40 TJ Motorunda sadece aerodinamik iyileştirme ile yakıt tüketim değerinde yaklaşık %8 oranında bir iyileştirilme sağlanmıştı). Her iki motorda da yakıtla yağlama tekniği kullanılmakta. Ancak Kale Arge motorların kapalı devre yağ ile yağlamalı versiyonları üzerinde de çalışmalar yapmıştır. Yağ ile yağlamanın yakıt ile yağlamaya kıyasla yakıt tüketim değerinde %8 ila %10 arasında bir düşüş sağladığı hesaplandığından motorlarda ilave ağırlık (yağ tankı, yağ hortumu ve pompa ilavesi gibi), tasarımda bazı değişiklikler ve uçuş zarfında bir takım kısıtlar (keskin dönüş ve ters uçuşlar motora yağ akışını aksatabildiğinden yapılamıyor) getiren yağ ile yağlama tekniği yerine yakıt ile yağlama tekniği kullanıp aerodinamik iyileştirme yaparak özgül yakıt tüketim değerinde kayda değer bir düşüş sağlama seçeneği ağır basmıştır.

Geliştirilmiş Turbojet Motor Projesi altında geliştirilen ARAT, KTJ-3700’den ayrı bir motor ve gerek SOM gerekse ATMACA Seyir Füzelerinden daha üstün özelliklere ve daha uzun menzile sahip yeni seyir füzesinin Seri Üretim Fazı altında kullanılacak yerli ve özgün bir turbojet motordur. ARAT’ın halen söz konusu yeni seyir füzesi için yurt dışından temin edilen turbojet motor ile benzer özelliklere sahip olması bekleniyor.

KTJ-3200 TJ Motoru ve kullanılan aksesuarlar (sağdan sola): Elektronik Kontrol Ünitesi, Yakıt Pompası ve Yakıt Kontrol Sistemi, Piroteknik Ateşleyici ve Alternatör.