Havacılık ve Savunma Sanayinde İleri Kompozit Malzemenin Yeri

29 Mart 2018
Havacılık ve Savunma

Hazırlayan: B. Serhat Cengiz

 

Havadan ağır ilk motorlu uçağı 1903 yılında Wright kardeşler tarafından yapılmıştır. Kanvas kumaştan ve tahtadan yapılan uçaklar,
uçuş sırasında verimin daha  fazla olması, motor gücünün artarak uçak ağırlığının azalması, uçaklarda kullanılacak yeni malzeme
ihtiyacını doğurdu. Kanvas kumaşların yerini vernikli kumaşlar, yine ihtiyaç halinde ise çelik borular kullanıldı. Uçaklarda hafifliğin
üst seviyelere çıkarılması için 2.Dünya savaşında alüminyum monokok kullanıldı. Bu yapılar ve Alüminyum monokok günümüzde
arabalarının şaselerinde de kullanılıyor.

Uçaklar için ise daha kolay şekillendirilebilen, hafif ve dayanıklı olması açısından özellikle karbon fiber ve  kompozit malzemelerden
üretiliyor.

Havacılık ve savunma sanayisinde en büyük sorunların başında ağırlık geliyor. Bu sorunu tamamen çözmek mümkün değil fakat
sorunu azaltmak için en uygun malzeme kompozit malzemelerdir. Ayrıca özgül mukavemet ve özgül rijitlik değerleri esas
alındığında düşük yoğunluklarından dolayı kompozit malzemeler de bu değerler konvensiyonel malzemelere üstünlük sağlıyor.

İlk zamanlarda modern uçak tasarımlarında kullanılan malzeme özellikleri ve fizik kuralları bir araya gelince uçakların ömürleri ve
kullanım sıklığına göre 70 yıla kadar uzatılmış ihtiyaçlar doğrultusunda da 40 yıla kadar düşürülüp kullanılmıştır. Günümüzde ise
havacılık ihtiyaçlarını karşılayabilmek için yeni özellikler kazandırılmış nano bileşenli kompozit malzemeler geliştirilmiştir. İleri
malzeme teknolojileri sektör ihtiyacına göre performans ve maliyet önemi sektörün ihtiyaçlarına göre değişiyor. Askeri havacılıkta,
performans maliyetten daha sonra gelir. Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (National Aeronautics and
Space Administration [NASA], 1987) kompozit malzeme imalat maliyetinin yüksek olmasına rağmen daha az işçilik saati
gerektirmesinden dolayı toplam maliyetin daha düşük olduğunu ortaya koymuştur.

Fiber Takviyeli Termoplastiklerin Havacılıkta Yeri
Askeri taşıma araçlarında, ağır vasıtalarda çeşitli kompozitlerin uygulama alanı bulunuyor. Bu kompozitlerden biri de sürekli fiber
takviyeli termoplastiklerdir. Askeri araçlarda koltuklar, taban panel bileşenleri, gövde panelleri, takviye yapılar, motor kaplamaları,
tekerlek  yuvaları, korkuluk ve çamurluklar ağırlığı azaltmak üzere kompozit malzemelerden faydalanılabilecek diğer kısımları
oluşturuyor. Kuyruk konisinin tasarımında optimum ağırlık ve eğilme özellikleri istenir. Bu sebeple yapının maruz kalabileceği
maksimum yükler dikkate alınıyor. Buna bağlı olarak istenilen yükleme durumlarını karşılayabilecek malzeme ve tasarıma sahip
kompozit kuyruk konisi üretiliyor.

Havacılık ve Savunma

Zırhlarda Kullanılan Kompozit: Kevlar
Yüksek mukavemet/yoğunluk oranı, şekillendirebilme, elektriksel özellikler, korozyona ve kimyasal etkilere karşı mukavemet,
renklendirilebilme ve titreşim sönümlendirme savunma sanayinde kullanılmak amacıyla üretilen kompozit malzemelerden beklenen
özelliklerdir. Kompozit malzemeler; uçak, helikopter gibi askeri hava taşıtlarının kanat ve kuyruk elemanlarında ve iniş-kalkış
pistlerinde, egzoz flaplerinde, tank, panzer ve hava taşıtlarının zırhlarında, askeri taşımacılıkta kullanılan ağır vasıtalarda, vücut
koruyucu hafif zırhlarda, kurşungeçirmez yeleklerde, silah gövdelerinde, sıvı zırhlarda, insansız hava araçlarında, otobüs, kamyon
ve diğer askeri araç koltuklarında ve yanmaz askeri çadırlarda tercih ediliyor.

Kevlar, çok hafif karbon kökenli çok sağlam liflerden oluşan, aynı ağırlıktaki çelikten beş kat daha sağlam ifadesi ile tanınan bir
elyaftır. Kurşun geçirmez yelek ve kask imalatı, araç koruması, özel taşıtların gövde veya kanat yapılarının yapımında ve stratejik
ekipman kalkanı gibi hayati koruma gerektiren uygulamalarda da yaygın bir şekilde kullanılıyor.

Kompozit malzemeler, askeri taşıtlarda ağırlığı azaltırken bekayı arttırır. 30 mm kalınlığında karbon fiber takviyeli kompozitten imal
edilen bir uçak gövdesi, sert çelikten yapılmış gövdenin karşıladığı gibi gelen tehditleri karşılar ve çelikten yapılan bu gövdeye
göre %10 daha hafif oluyor.

Askeri Helikopterlerde Kompozit Uygulamaları
1970’li yıllarda başlayan askeri helikopterlerde kompozit uygulamaları, alüminyum alaşımlarına alternatif olarak kullanılması
düşünülen kompozitlerle dayanımdan ödün vermeden helikopterlerin ağırlıklarının azaltılması hedeflenmiştir. Günümüze kadar
olan süreçte, maliyet faktörü de en az performans kadar önem taşıdığından her iki malzeme grubunun da etkin bir biçimde
kullanıldığı görülüyor. V22 Osprey ordu helikopterinin yapımında ağırlıkça %57 oranında başta karbon olmak üzere
takviyelendirilmiş plastik malzeme kullanılırken, NH 90 askeri nakliye helikopterinin de gövdesinin ön kısmında karbon-epoksi
kompozit kullanılmıştır.

Hızlı dayanım eldesi sağlayan polimer beton kompozit ise, kumsal ve sahil bölgelerdeki askeri uygulamalar için doğal ve sentetik
reçineler kullanılarak geliştirilmiştir.

Kompozit Panel Sistemler, ABD, Maine Üniversitesi Advanced Structures and Composites Center (Gelişmiş yapılar ve Kompozit
Merkezi) tarafından geliştirilen hızlı dayanım eldesi sağlayan polimer beton kompozit, kumsal ve sahil bölgelerdeki askeri
uygulamalar için doğal ve sentetik reçineler kullanılarak geliştirilmiştir. Askerleri füze ve diğer balistik tehditlerden korumak için
askeri çadırlara uygulanabilen kompozit panel sistemlerdir.

Kompozit Askeri Tekneler
Güçlü robüst yapı için ileri kompozit malzemeler kullanılarak imal edilmiş olup toplam ağırlığı önemli ölçüde azaltılan bu teknenin
ağırlığın azaltılması, doğrudan daha fazla taşıma kapasitesi ve hız demektir. Aynı zamanda korozyon direncini iyileştiren kompozit
malzeme kullanımı, periyodik bakım maliyetlerini azaltıyor.

Sonuç olarak; konvansiyonel malzemelere alternatif olarak kompozit malzemeler, yüksek yoğunluk / mukavemet oranı, gelişmiş
imalat teknolojisi, spesifik dayanım ve yüksek korozyon direnci gibi özellikleri nedeniyle savunma sanayinde yaygın olarak
kullanılıyor. Malzeme ve imalat teknolojilerindeki yeni gelişmeler ile Türkiye, savunma sanayinde önemli bir konumda yerini
alıyor.

Kaynakça
Reinforced Plastics, “Moving Into Partnership on Helicopters” (Haziran 2001)
Erdem Eryıldız, Ayşegül Akdoğan Eker,’’Savunma Sanayinde Kullanılan İleri Kompozit Malzemeler ve Uygulama Alanları’’Makalesi
Yıldız Teknik Üniversitesi, Makine Mühendisliği Bölümü (2015)
https://prezi.com/eljhb4_m6b2t/askeri-ve-savunmasanayinde kullanilan-kompozit-malzmeler/ https://malzemebilimi.net/havacilik-
sanayisinde-kompozit- malzemelerin-yeri.html