İHA insansız hava aracının kısaltmasıdır. Bu araçlar mayın tarama, yangın söndürme, bir yerden bir yere herhangi bir şeyin taşınması(Amazon kargoları gelecekte böyle ulaştırmayı düşünüyor.), silahlandırarak savaş alanında kullanılması gibi pek çok görevde kullanılabilmektedir.
Günümüz
Türkiyesinin tabiri caizse Dünya savaş doktrinlerine yaptığı bir devrim olarak tanımlayabiliriz.
İlk modern anlamda SİHA sistemleri ABD’de olsa da Türkiye de geç olmadan bu
yarışa girdi. Sektöre Dünya anlamında bakarsak bu yarış içinde ciddi rakibimiz olarak
Çin, ABD ve İsrail’i rakip olarak sayabiliriz. Türkiye sektöründeki SİHA
sistemlerinde ise Baykar Savunma, TB-2 ve Akıncı modelleri ile ağırlığını
koymuş durumda. Karabağ savaşından Libya sahillerine kadar nokta atışlarıyla,
uzun havada kalma süresi ile ve ucuz maliyetiyle ünlenen Türk SİHAları,
İngiltere’den Venezuela’ya kadar bir Savunma sanayii pazarı oluşmasını sağladı.
Böyle bir ürünün malzemelerini de bir Malzeme Mühendisi olarak da merak ettim
ve bazı dökümanlara ulaştım. Bunları şimdi sizinle de paylaşacağım.
İHA’ların
şasisinin tasarımında genellikle hafif olmasından dolayı kompozit
malzemeler kullanılmasına rağmen başta magnezyum ve alüminyum alaşımları olmak
üzere hafif metallerin kullanımı da artmaktadır. Hatta ağırlıktan ziyade
işlevselliğin önemli olduğu durumlarda çelikler, süperalaşımlar vb.
malzemelerden de İHA’ların şasi kısmındaki parçalar imal edilebilir. Alüminyum kullanılmasının en önemli
avantajları dayanım ve uçuş stabilitesidir. Aracın, elektronik bileşenlerinin
yer aldığı gövdenin titreşimden daha az etkilenmesi adına, bu bölgenin ana
malzemesinin karbon fiber, plastik vb. gibi malzemelerden görece ağır olması
istenmektedir. Metal malzemelerden tasarlanmış insansız hava araçları sayesinde
uçuş stabilitesi yüksek ve görece hafif İHA’lar imal edilebilir. Gelelim
havacılık sektörünün en çok kullanılan malzemesine, evet kompozitler!
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. Bu malzemeler bir araya getirildiğinde, yeni malzeme bireysel
bileşenlerden farklı özelliklere sahiptir. 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. 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.
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.
Metal
Malzemeler
İnsansız
Hava Araçlarında tercih edilen alüminyum ve magnezyum alaşımı gibi hafif
metallerin tokluğunun ve ağırlığı sayesinde tasarım açısından yüksek
mukavemetli, kuvvetli hava şartlarına karşı dirençli ve istikrarlı bir İHA
üretilebilir. Kullanılan bu hafif
metallerin kullanımı sayesinde İHA’nın alıcı ile verici arasındaki radyo
frekans sisteminde parazite sebep olunmasının önüne geçilebilmektedir. Multikopterler
dışardan gelen etkilere karşı çok hassastırlar. Bunun sebebi, havada hareketini
sağlayan bileşenlerin (motor, pervane vb.) kollara ve ayaklara hareket iletme
kabiliyeti ve rüzgâr yöneliminin bilinmemesidir. Bu koşullar sonucunda titreşim
ve salınım hareketleri meydana gelmektedir. Oluşan titreşimin etkileri İHA’nın
kollarının içi dolu kare profil olarak imal edilmesiyle giderilecektir.
Titreşimin engellenmesinde bir diğer çözüm yolu ise magnezyum alaşımlı hafif
metal malzemelerin çok yüksek sönümleme kapasitesine sahip olmasıdır. Kompozit
malzemelerin metal malzemelere göre daha hafif olması İHA’larda kullanımını
arttırmakla birlikte metal malzemelerin de İHA’ların kullanım alanlarına göre
artmaktadır.
Kaynak: İnsansız Hava Araçlarında Kullanılan Malzemeler, Süleyman Çınar ÇAĞAN ve Berat Barış BULDUM
