UÇAKLARDA KULLANILAN KOMPOZİT MALZEMELER

... konulu sunumlar: "UÇAKLARDA KULLANILAN KOMPOZİT MALZEMELER"— Sunum transkripti:

1 UÇAKLARDA KULLANILAN KOMPOZİT MALZEMELER
HAZIRLAYANLAR: Begüm TUŞGUL Bilge TÜRETKEN Öznur ÇETİNER

2 İÇERİK GİRİŞ UÇAK ENDÜSTRİSİNDE KULLANILAN MALZEME SEÇİMİ
FİBER MALZEMELER MATRİS MALZEMELER KOMPOZİT MALZEMELERİN UÇAKLARDAKİ UYGULAMALARI

3 GİRİŞ Uçak endüstrisinde kullanılan malzemeleri temel olarak metalik malzemeler ve metal dışı malzemeler olarak ikiye ayırmak mümkündür. Metalik malzemeler başta alüminyum ve alaşımları olmak üzere, titanyum ve alaşımları, nikel ve alaşımları, magnezyum ve alaşımları ile çeliklerdir. Metal dışı malzemelerden ise her geçen gün biraz daha gelişme gösteren kompozit malzemeler ele alınmıştır. Gerek konunun genişliği ve gerekse kompozitlerin uçaklardaki kullanım miktarının ve öneminin giderek artması göz önüne alınarak, kompozit malzemeler diğer konulara göre daha detaylı olarak incelenmiştir. Malzeme seçiminde dikkat edilmesi gereken en önemli hususlardan birisi korozyon direncidir. Uçaklarda bakım faaliyetlerinin büyük bir kısmını oluşturan korozyon, tamamen önlenemediğinden durdurulmaya ve hasarı en aza indirilmeye çalışılmaktadır. 

4 Havacılığın diğer önemli bir gerçeği ise uçabilmekle hafifliğin nerdeyse eş anlamlı olmasıdır. İşte bu sebep, yüksek dayanımdan ödün vermeden hafif ve uzun ömürlü malzemelerin, halen devam etmekte olan gelişim, üretim ve kullanım maratonunu başlatmıştır. Uçak malzemelerini geliştirmeye yönelik çalışmalar, diğer uygulama alanlarındaki gelişmelerde de büyük rol oynamaktadır.

5 UÇAK ENDÜSTRİSİNDE KULLANILAN MALZEMELERİN SEÇİMİNDE;
Dizayn mukavemetinin ağırlığa oranı Yorulma davranışları  Çatlak ilerleme davranışı Baskın arıza tipleri Hasar ve korozyon toleransı Mevcut imalat kolaylıkları Malzemenin maliyeti  İmalat maliyeti Pazar gerekleri gibi faktörler önemli rol oynamaktadır.

6 : Epoksi cam fiber / nomex bal peteği
1. Radom : Epoksi cam fiber / nomex bal peteği  2. I.L.S Ariel muhafazası:  Epoksi cam fiber                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     803. Kabin yer panelleri : Karbon fiber, bal peteği  4. Kargo kapısı bağlantıları : Epoksi cam fiber / nomex bal pete ği 5. Flaplar/track boat bağlantıları: Kevlar / balpeteği ve karbon fiber 6. Arka hava freni bağlantıları:  Epoksi cam fiber7. Kuyruk üstü bağlantıları: Epoksi cam fiber / nomex bal peteği 8. Dikey kuyruk dış paneli: Epoksi cam fiber / nomex bal peteği 9. Kuyruk ke narı: Cam / Kevlar, bal peteği 10. Kanat/gövde bağlantıları: Epoksi cam fiberi / nomex bal peteği 11. Kapı kolu: Epoksi cam fiber (yeni uçaklarda) 12. Giriş kapısı: Cam fiber / nomex bal peteği 1.Radom: Epoksi cam fiber / nomex bal peteği 2.I.L.S Ariel muhafazası:Epoksi cam fiber80 3.Kabin yer panelleri: Karbon fiber, bal peteği 4.Kargo kapısı bağlantıları: Epoksi cam fiber / nomex balpeteği 5.Flaplar/track boat bağlantıları: Kevlar / balpeteği ve karbon fiber 6.Arka hava freni bağlantıları: Epoksi cam fiber 7.Kuyruk üstü bağlantıları: Epoksi cam fiber / nomex bal peteği 8.Dikey kuyruk dış paneli: Epoksi cam fiber/nomex bal peteği 9.Kuyruk kenarı: Cam / Kevlar, bal peteği 10.Kanat/gövde bağlantıları: Epoksi cam fiberi / nomex bal peteği 11.Kapı kolu: Epoksi cam fiber (yeni uçaklarda) 12.Giriş kapısı: Cam fiber / nomex bal peteği

7 FİBER MALZEMELER 1.Kapılar 2.Flaplar 3.Motor 4.İniş Takımı
5.Yer panelleri 6.Burun 7.Kapılar  8.İç hava frenleri 9.Yatay kuyruk 10.Dikey kuyruk

8 KARBON FİBERLER (GRAFİT)
Karbonfiber  kompozitler yoğun olarak havacılık endüstrisinde kullanılmaktadır. Bu uygulamaların ilki uzay araçlarıdır. Birleşik Devletler uzay mekiğinin ekipmanları bulundurduğu bölmenin kapağı ve uzaktan iletim kolunda grafit epoksi kompozit,katı roket motor bölümünde epoksi matris kompozit, itici kuyrukta ve kanatlarda polyamid matris kompozit kullanılmaktadır. Uydu yapıları ve güneş panellerinde de karbon fiber  polimer matris kompozitler kullanılmaktadır.  Bir çok uzay uygulamalarında havacılık tipi karbon fiberler (çekme mukavemeti 3550 MPa, çekme modülü 235 GPa) 177 C’de karşılıklı bağlanan çok fonksiyonlu epoksi matris ile birlikte kullanılmaktadır. Havacılık uygulamalarının bir diğeride ticari tip uçakların motorlarıdır. Motorun dış ve ön bölümleri düşük sıcaklıkların etkisinde olduğundan epoksi matristen yararlanılabilir.

9 Alüminyum hafif bir metaldir ve havacılık uygulamalarında karbon fiber kompozitlerle rekabet halindedir. Karbon fiberler daha yüksek mukavemet ve modüllerine ek olarak, üretimlerinde daha düşük enerji kullanılmakta ve çevre kirlenmesi kontrol altına alınmaktadır. Karbon fiberlerin yüksek özgül dayanımları, burulma ve yükleme hasarına ve korozyona direnci nedeniyle bir çok avantajlı kullanımı vardır. Böylece bu kompozitlerin yaygın kullanımı geleneksel alüminyum alaşımlarının kullanımıyla ortaya çıkan korozyon hasarının onarımı için gerekli yüksek maliyeti de azaltmış olur. Benzer olarak burulmadan kaynaklanan hasar onarımı maliyetleri de azaltacaktır. Çünkü kompozitlerde genel olarak çatlaklar görülmez. Yine de grafit kırılgan bir malzeme olduğundan aşırı yükleme altında plastik davranışı olmadığından hasar, onarım maliyeti yüksektir. Metalik standartlara göre basit etkiler bile yükleme altında dayanım düşüşüne yol açan iç hasara neden olur.

10 CAM FİBERLERİ Mükemmel yalıtkanlık özelliğinden dolayı termal yalıtkanlık istenilen yerlerde, dielektrik özelliklerinden dolayı radomlarda tercih edilmektedir. Cam fiber takviyeli kompozitlerin genel kullanım sıcaklıkları 147 C’nin altında olmasına rağmen, 537 C civarı sıcaklıklarda güvenle kullanılabilmektedir. Havacılık kompozitlerinde kullanılan cam fiberleri E-camı, S-camı ve C-camı’dır.

11 BOR FİBERLERİ Bor fiberleri ilk gerçek havacılık kompozit malzemelerini oluştururlar. Havacılık malzemeleri tokluk ve mukavemet istenen yapılardır, bor ise her iki özelliği bünyesinde bulundurmaktadır. Borun bir diğer avantajı termal genleşme katsayısının titanyumunkine yakın olmasıdır. Bu özelliği titanyum yapılar üzerinde takviye yapılmasını sağlar. Bor aynı zamanda yüksek sürünme direnci ve mükemmel gerilme-kopma direnci gösterir, bu sabit yüklemede cazip bir özelliktir. Termal yalıtkan olarak cam kadar iyi değildir. Borun dezavantajı gevrekliği, büyük filaman ebadı, sertliği ve maliyetidir. Diğer malzemelerde olduğu gibi işlenemez.

12 POLİMER FİBERLERİ Havacılık endüstrisinde isminden en çok söz ettiren polimer fiberleri, aramid fiberleridir (aromatik polyamid fiberler). Mukavemetin yoğunluğa oranı, alüminyum ve çeliğinkinden 10 kat, Ti-6Al-4V titanyum alaşımından 8 kat daha yüksektir. Bu fiberin gerilme kopma mukavemeti de yüksektir. Kompozitler 100 saatlik bir zaman periyodunda kırılmadan, nihai mukavemetlerin %90’ı kadar yüke dayanabilirler. Bu nedenle yüksek mukavemet ve yüksek dayanma gücü gerektiren yerlerde kullanmak avantajlıdır.

13 Uçak Sanayiinde Kullanılan Balpeteği Kompozitleri
Balpeteği sandviç yapısı kompozit endüstrisinin en değerli yapısal mühendislik buluşlarından biridir. Havacılık ve diğer endüstri dallarında yoğunlukla kullanılmakta olup, diğer malzemelere göre çok düşük ağırlık, dayanım ve üretim maliyetlerinin azaltılması yönlerinde üstünlük göstermektedir

14 MATRİS MALZEMELERİ Matris, kompozit malzemenin iki önemli bileşeninden ana bileşeni olup kompozit malzemeye aşağıdaki katkıları sağlar: Kuvvetleri elyafa (liflere) iletmek ve düzgün dağılımını sağlamak, Lifleri ortamın etkisi ve darbelerden korumak, Kompozit malzemenin tokluğunu artırmak, Kompozitlerde çatlak oluşmasını veya oluşan çatlağın ilerlemesini engellemek.

15 1.Plastik matris malzemeleri (Polimerler) - Termosetler - Termoplastikler - Elastomerler 2. Metal matris malzemeleri (Alüminyum, titanyum, magnezyum, gibi) 3. Yüksek sıcaklık matrisleri (Seramikler)

16 POLİMER MATRİSLİ KOMPOZİTLERİN YAPI BİLEŞENLERİ
Kullanılan Fiberler - Cam Fiberler - Karbon Fiberler Aramid Fiberler Kullanılan Matrisler Termosetler Temoplastikler

17 TERMOSET MATRİSLER En çok kullanılan matris malzemeleridir.
Termoset reçineler kimyasal etkiler altında çözülmez ve olağandışı hava şartlarında dahi uzun ömürlü olmaktadırlar. Yüksek sıcaklıklarda dahi yumuşamazlar. Termoset matris malzemelerin üretiminde kullanılan malzeme tipleri; epoksi, polyester, vinylester ve fenolik reçinelerdir.

18 TERMOPLASTİK MATRİSLER
Termoplastik polimerlerinin çeşitlerinin çok fazla olmasına rağmen matris olarak kullanılan polimerler sınırlıdır. • Termoplastikler düşük sıcaklıklarda sert halde bulunurlar ısıtıldıklarında yumuşarlar. •Oda sıcaklığında katı halde bulunan termoplastik soğutucu içinde bekletilmeden depolanabilir. Termoplastiklerin kompozit malzemelerde matris olarak tercih edilmemelerinin başlıca nedeni üretimindeki zorlukların yanı sıra yüksek maliyetidir. Otomotiv sektöründe yaygın olarak kullanılan termoplastikler uçak sanayisinde de yüksek performanslı malzeme çözümlerinde kullanılmaktadırlar.

19 ELASTOMERLER Elastomerler, iyi yalıtım sağlayan, kolay deforme olmayan, farklı şekiller halinde kalıplanabilen bir bükülebilir plastik malzeme kategorisidir. Doğal ve suni kauçuk malzemeler, özel bir polimer türü olan elastomerler arasındadır. Elastomerler, uçak sanayi , kaykay tekerlekleri, tenis ayakkabılarının tabanları, hoparlör kablolarını ve telefon hatlarını saran yalıtımlar gibi birçok uygulama alanında karşımıza çıkmaktadır.

20 Metal Matris Malzemeler
Metal matrisli kompozitlerde matris malzemesi olarak çoğunlukla alüminyum, magnezyum, titanyum, nikel ve bazı refrakter metaller ile süper alaşımlar kullanılmaktadır. Metal matrisli kompozitler; yüksek elastiklik modülü, yüksek akma ve çekme dayanımları gibi mekanik özellikleri yüksek sıcaklık şartlarında da korunurken, göreceli düşük yoğunluk ve ısıl genleşme katsayısı, yüksek elektrik ve ısı iletimi gibi istenilen şekilde ayarlanabilen fiziksel özelliklerinin yanında mükemmel sürtünme davranışı ve aşınma direnci gibi tribolojik özellikleri ile sönümleme yeteneği ve çevresel etkileri direnç gibi özgün niteliklere sahiptir.

21 Metal matrisli kompozitlerin önemli bir sakıncası çok düşük sünekliğe sahip olmalarıdır. Herhangi bir takviye ile sünekliği yüksek bir matrisle oluşturulan metal matrisli kompozitlerin sünekliği önemli oranda düşüktür. Bu ise metal matrisli kompozitlere ekstrüzyon, dövme ve haddeleme gibi yaygın yöntemlerle termo mekanik işlemlerin uygulanmasını zorlaştırır, hatta olanaksızlaştırır. Son şekilli metal matrisli kompozit parçaların üretiminde bu nedenle bazı güçlüklerle karşılaşılır ve bu gibi durumlarda talaşlı işlemlerle imalat zorunlu olur.

22 Seramik Matris Malzemeler (Yüksek Sıcaklık Matrisleri)
Seramik malzemeler, yüksek sıcaklığa dayanıklı ve hafif oldukları (d= 1,5 - 3,0 gr/cm3) için oldukça çekicidir. Seramik matrisli kompozit malzemeler genellikle yüksek sıcaklıkta çalışması gereken parçalar için kullanılırlar. Sert ve kırılgan malzemeler olan seramik malzemeler, çok düşük kopma uzaması gösterirler, düşük tokluğa sahiptirler ve termal şoklara karşı dayanıksızdırlar. Bu nedenle liflerle takviye edilirler.

23 Buna karşılık çok yüksek elastiklik modülüne ve çok yüksek çalışma
sıcaklıklarına sahiptirler. 3 tip seramik matrisli kompozit malzeme vardır: - Sürekli fiberli kompozitler - Süreksiz fiberli kompozitler - Partiküllü kompozitler Seramik matris kompozitten yapılmış bir yanma odası elemanı

24 KAYNAKÇA TÜMER Ferruh, “Karbon Fiber -Polimer Matris Kompozitler” (Bitirme Tezi), İ.T.Ü. Kimya Metalurji Fak. Metalurji ve Malzeme Müh. Bölümü,Danışman: Doç. Dr. Erdem DEMİRKESEN, Haziran 2000. BAKSAN Bedri, “Uçaklarda Kullanılan Kompozit Malzemeler” (Bitirme Tezi),İ.T.Ü. Kimya Metalurji Fak. Metalurji ve Malzeme Müh. Bölümü, Yöneten; Prof. Dr. A. Hikmet ÜÇIŞIK, Birim Koordinatörü; Prof. Dr. Recep A.SAFOĞLU, Temmuz 1985