İnsansız Hava Araçlarında Kullanılan Malzemeler Süleyman Çınar ÇAĞAN

İNSANSIZ HAVA ARAÇLARINDA KULLANILAN MALZEMELER
Kompozit Malzemeler
Kompozit malzemeler, farklı fiziksel veya kimyasal özelliklere sahip iki (bir matris veya bir bağlayıcı ve bir güçlendirici) veya daha fazla bileşenlerden yapılmış malzemelerdir (Das, 2018). Bu malzemeler bir araya getirildiğinde, yeni malzeme bireysel bileşenlerden farklı özelliklere sahiptir (Pramanik et al., 2017; Shepherd & Williams, 2017). Buradaki amaç, birinin diğerinin avantajlarıyla birlikte dezavantajlarına karşı koymak ve tersini yapmaktır. İnsansız hava araçlarda, fonksiyonel mühendislik hedefi en temel olarak, iletişim/sensör frekanslarına şeffaflık, üretim/bakım maliyeti ve dayanıklılık gibi diğer faktörlere karşı dengelenmiş en az ağırlık için mümkün olan en iyi mekanik özellikleri elde etmektir (Azom, 2015). Bu hedeflere ulaşmak için kompozitlerin kullanımı, çoğu zaman üstün özel özellikler sağladığı için doğal bir çözümdür. Yani, malzemenin birim ağırlığı başına mukavemeti veya sertliği kompozit olmayanlar ile karşılaştırıldığında daha iyidir. .Bununla birlikte, kompozitlerle çalışırken göz önünde bulundurulması gereken en önemli özelliklerden biri, mukavemet gibi mekanik özelliklerinin genellikle uygulanan yükün yönüne bağlı olmasıdır. Bu malzemeler, beton ve kerpiç tuğlaların yanı sıra doğal kompozitler olan ahşap ve kemikler şeklinde binlerce yıldır kullanılmaktadır.
İnsansız araçlarda kullanılan kompozitler iki ana gruba ayrılabilir - metal matriks kompozitleri (MMC'ler) veya polimer matriks kompozitleri (PMC'ler) - bunlar daha sonra genellikle daha kırılgan fakat çok daha güçlü ve daha sert olan başka bir malzemenin lifleri veya parçacıkları ile takviye edilirler. Bu tür bir kombinasyonda, takviye malzemesi yüklemeyi taşır, yumuşak matris ise lifleri korumaya ve yükü etkin bir şekilde transfer etmenin yanı sıra gerekli geometriyi tutmaya yarar. PMC'ler, mukavemet-ağırlık özelliklerine ve belki de MMC'lerden daha kolay üretimlerine dayanarak, insansız sistemlerde daha yaygın olarak kullanılmaktadır.
Polimer kompozitleri En yaygın olarak bilinen PMC, tabii ki karbon fiber ya da daha uygun bir şekilde karbon fiber takviyeli polimerdir (CFRP). Bununla birlikte, birçok alternatif takviye elyafı mevcuttur ve her biri uygulamaya bağlı olarak kendi avantajlarına sahiptir. Karbon fiberlerin yanı sıra en yaygın olarak kullanılan takviyeler aramid bazlı cam, kuvars veya termoplastik liflerdir. Yayılmış karbon fiberlerin kendileri bir baz materyal olarak petrol türevli ziftten veya daha sıklıkla bir poliakrilonitril (PAN) polimerden imal edilebilir. PAN lifleri diğer elementleri yakmak ve istenen karbonu bırakmak için ısıtılır (oksitlenir ve karbonize edilir), daha sonra gerekli olan malzemenin mukavemetine ve sertliğine ilave ısıl işlemler uygulanabilir. Aramid elyafları, daha çok Nomex (bir meta-aramid) veya Kevlar (bir para-aramid) gibi ticari isimlerle bilinen çok çeşitli malzemeler içeren bir aromatik poliamide dayanır. Meta-aramid lifleri tipik olarak yüksek sıcaklık direncine sahipken, para-aramid lifleri belirli bir ağırlık için mükemmel mekanik özelliklere sahiptir. Cam elyaflar karbon lifleri ile aynı mukavemet-ağırlık performansını sağlayamayabilirler, fakat nispeten sünek ve daha ucuzdurlar.
Kuvars lifleri, yüksek frekanslı radyo dalgası şeffaflığı göz önüne alındığında, radomlar (anten kaportası) gibi gövdeler için sıklıkla kullanılır. Takviye elyafları daha sonra bir polimer matrisi, çoğu zaman bir epoksi reçinesi ile birleştirilir. Önceden emdirilmiş dokuma kumaşlar veya tek yönlü bantlar (pre-preg olarak adlandırılırlar) hali hazırda bir bileşene yerleştirilmeden önce matris reçinesini içerirler ve reçineler malzemeyi tamamen iyileştirmek için yüksek sıcaklıklarla aktive edilen latent sertleştiriciler içerir. Kürleme işlemi molekülleri çapraz bağlar. Bu ekzotermik bir reaksiyon olabilir, bu nedenle özellikle kalın bileşenlerde proses sıcaklıklarının kontrol edilmesi gerekmektedir. Reçine kürünü oda sıcaklığında durdurmak için, soğutulmuş depolama gereklidir (Unmanned systems technology, 2017)