Havacılık ve Uzay Sanayinde Kullanılan İletken Kompozitler

Havacılık ve Uzay Sanayinde Kullanılan İletken Kompozitler

Neden Geleneksel Metaller Yerine İletken Kompozitler?

Geleneksel olarak uçak gövdeleri, doğal olarak iletken olan alüminyum alaşımlarından yapılırdı. Alüminyum, bir yıldırımın enerjisini veya elektromanyetik dalgaları “Faraday Kafesi” etkisiyle yüzeyi boyunca güvenle dağıtabilirdi. Ancak, yakıt verimliliği ve performans artışı için daha hafif olan karbon fiber kompozitlere geçildiğinde yeni bir zorluk ortaya çıktı. Karbon fiberler doğal olarak bir miktar iletkenliğe sahip olsalar da, bu iletkenlik alüminyum kadar yüksek değildir ve polimer matrisin yalıtkan doğası nedeniyle homojen değildir. Bu durum, modern kompozit uçakları aşağıdaki tehditlere karşı savunmasız bırakabilir:

• Yıldırım Çarpması: Yetersiz iletkenlik, yıldırımın yüksek enerjisinin tek bir noktada yoğunlaşarak kompozit yapıyı delmesine, yakıt tanklarının tutuşmasına veya yapısal hasara neden olabilir.
• Elektromanyetik Parazit (EMI): Uçaktaki sayısız aviyonik, navigasyon ve iletişim sistemi, dış kaynaklı veya kendi ürettikleri elektromanyetik dalgalardan etkilenebilir. Yetersiz kalkanlama, bu hassas sistemlerin arızalanmasına yol açabilir.
• Statik Elektrik Birikimi (ESD): Uçak, havada sürtünme nedeniyle statik elektrikle yüklenir. Bu yükün güvenli bir şekilde dağıtılamaması, iletişim sistemlerinde parazite veya yakıt buharlarının alev almasına neden olabilir.

İletken kompozitler, karbon fiberin hafifliğini korurken bu elektriksel zorlukların üstesinden gelmek için tasarlanmıştır.

---

Havacılık ve Uzaydaki Kritik Uygulamalar

İletken kompozitler, tek bir malzeme ile birden fazla sorunu çözen çok fonksiyonlu çözümler sunar:

1. Yıldırım Çarpması Koruması (Lightning Strike Protection – LSP)

Modern bir uçağa ortalama olarak yılda en az bir kez yıldırım çarpar. İletken kompozitler, bu devasa enerjiyi (200.000 ampere kadar) güvenli bir şekilde dağıtmak için kullanılır.

• Nasıl Çalışır? Kompozit yapının en dış katmanına, genellikle genişletilmiş bakır veya alüminyum folyo/örgü (mesh) entegre edilir. Alternatif olarak, kompozitin polimer reçinesine gümüş veya nikel gibi yüksek iletkenliğe sahip nano dolgular eklenir. Yıldırım çarptığında, bu iletken katman akımı yakalar ve uçağın yüzeyi boyunca hızla dağıtarak, enerjinin hassas alt katmanlara ve yakıt tanklarına ulaşmadan atmosfere geri dönmesini sağlar.

2. Elektromanyetik Kalkanlama (EMI Shielding)

Uçuş güvertesi (kokpit) ve aviyonik bölmeleri, adeta birer elektronik beyin gibidir. Bu sistemlerin dış parazitlerden korunması hayati önem taşır.

• Nasıl Çalışır? Elektronik sistemlerin bulunduğu muhafazalar veya gövde panelleri, iletken dolgular (genellikle nikel kaplı karbon fiberler, grafen veya metal nano parçacıklar) içeren kompozitlerden üretilir. Bu kompozitler, bir Faraday kafesi görevi görerek zararlı elektromanyetik dalgaları yansıtır veya emer, böylece içindeki hassas elektroniklerin hatasız çalışmasını garanti eder.

3. Statik Yük Boşalması (Static Charge Dissipation)

Uçuş sırasında kanat ve gövde yüzeylerinde biriken statik elektriğin güvenle boşaltılması gerekir.

• Nasıl Çalışır? Kompozit malzemenin içine kontrollü bir iletkenlik seviyesi kazandırılarak (genellikle karbon siyahı veya karbon nanotüpler ile), biriken statik yükün sürekli olarak uçağın “statik deşarj fitilleri” (static wicks) gibi özel noktalarına yönlendirilmesi ve buradan atmosfere güvenle bırakılması sağlanır.

4. Gelişmiş Uygulamalar: Buzlanma Önleme ve Yapısal Sağlık İzleme

İletken kompozitlerin fonksiyonları korumanın da ötesine geçmektedir.

• Buzlanma Önleme Sistemleri (De-icing): Kompozit yapıya entegre edilen iletken yollar (örneğin karbon nanotüp tabakaları), bir direnç görevi görerek kontrollü bir şekilde ısıtılabilir. Bu, özellikle kanat hücum kenarlarında ve motor girişlerinde buz birikimini önlemek için geleneksel ağır ve karmaşık sistemlere hafif bir alternatif sunar.
• Yapısal Sağlık İzleme (Structural Health Monitoring – SHM): Kompozit malzemenin elektriksel direncindeki değişimler, yapıda meydana gelen gerilme, yorulma veya mikro çatlaklar hakkında bilgi verebilir. Entegre sensör görevi gören bu iletken ağlar sayesinde, uçağın yapısal bütünlüğü sürekli olarak izlenerek bakım süreçleri optimize edilebilir ve güvenlik artırılabilir.

Sonuç olarak, havacılık ve uzay sanayinde kullanılan iletken kompozitler, sadece birer yapısal eleman değil, aynı zamanda uçağın sinir sisteminin, koruyucu kalkanının ve bağışıklık sisteminin bir parçasıdır. Yıldırımlara karşı koruma sağlamaktan, hassas elektronikleri güvende tutmaya ve hatta kendi sağlık durumunu izlemeye kadar uzanan bu çok fonksiyonlu yetenekler, iletken kompozitleri geleceğin daha güvenli, daha verimli ve daha akıllı hava ve uzay araçlarının vazgeçilmez bir bileşeni yapmaktadır.