Bir saç telinden 50.000 kat daha ince ama çelikten 100 kat daha sağlam bir malzeme düşünün. Üstelik bu malzeme bakır kadar iyi iletken ve tüy kadar hafif. Bilim kurgu değil; bu Karbon Nanotüp (CNT) teknolojisidir.
Geleneksel Karbon Fiber Takviyeli Polimerler (CFRP) bugünün standardı olsa da, yarının İHA'ları CNT kompozitlerle üretiliyor. Peki, reçinenin içine karıştırılan bu mikroskobik tüpler, İHA gövdesini nasıl "süper malzemeye" dönüştürüyor?
Standart karbon fiber harikadır ancak mükemmel değildir. Karbon fiber kumaşların arasına sürülen reçine (epoksi), yapının en zayıf halkasıdır. Darbe anında veya aşırı yüklenmede çatlaklar genellikle bu reçine tabakasında başlar (delaminasyon).
CNT Çözümü: Reçinenin içine nano ölçekte Karbon Nanotüp tozları eklendiğinde, bu tüpler fiberler arasında mikroskobik köprüler kurar. Bu sayede çatlakların ilerlemesi durdurulur ve malzeme yorulması (fatigue) geciktirilir.
CNT kompozitlerin İHA gövdesindeki kullanımı sadece sağlamlık ile sınırlı değildir. İşte mühendislik harikası üç detaylı örnek:
İHA'lar bulutların içinde uçarken statik elektrik yüklenir veya yıldırım riskiyle karşılaşır. Standart kompozitler yalıtkan olduğu için, yıldırım çarptığında enerji yüzeyde akamaz ve patlamaya neden olabilir. Bunu önlemek için eskiden kanatlara ağır bakır ağlar döşenirdi.
CNT Uygulaması: İHA'nın dış yüzeyindeki kompozit kaplamaya (jelkot veya son katman epoksiye) yüksek iletkenliğe sahip metalik CNT'ler eklenir.
Sonuç: Gövde elektriksel olarak iletken hale gelir. Yıldırım çarptığında enerji tek bir noktada birikmez, tüm gövdeye yayılarak zararsızca havaya atılır (Faraday Kafesi etkisi). Ağır bakır ağlara gerek kalmaz, İHA hafifler.
Pilotu olmayan bir uçakta, gövdede oluşan bir çatlağı nasıl fark edersiniz? Genellikle iş işten geçtikten sonra. Ancak CNT'ler İHA'ya bir "sinir sistemi" kazandırır.
Teknoloji: Karbon nanotüpler birbirine temas ettiğinde bir elektrik devresi oluşturur (perkolasyon ağı). Gövde darbe aldığında veya esnediğinde bu temas noktaları birbirinden uzaklaşır ve elektriksel direnç değişir.
Uygulama: İHA'nın kanat lonjeronlarına (ana taşıyıcı kiriş) CNT katkılı sensör katmanları yerleştirilir. Uçuş bilgisayarı, direnç değişimini anlık izler.
Fayda: İHA, yer kontrol istasyonuna "Sağ kanadımda %2 oranında yapısal stres var, bakım gerekiyor" sinyali gönderebilir. Ekstra sensör takmaya gerek yoktur; malzemenin kendisi sensördür.
İHA'nın içindeki hassas elektronikler (beyin), dışarıdan gelen radyo dalgalarından (jamming/karıştırma) etkilenmemelidir.
Eski Yöntem: Elektronik kutularının içine metal levhalar koymak (Ağırlık demektir).
CNT Yöntemi: İHA'nın aviyonik bölmesinin kapağı, CNT takviyeli plastikten üretilir.
Sonuç: CNT'ler elektromanyetik dalgaları soğurur ve yansıtır. Hem içerideki devreleri korur hem de İHA'nın radar kesit alanını (RCS) düşürerek kısmi görünmezlik sağlar.
CNT kompozit üretmek, tozu reçineye dökmekten ibaret değildir. En büyük zorluk Dispersiyon (Dağılım) sorunudur. Nanotüpler birbirine yapışma (topaklanma) eğilimindedir. Topaklanmış CNT, malzemeyi güçlendirmez, aksine zayıflatır.
Başarılı bir CNT kompozit gövde için ultrasonik karıştırıcılar ve özel kimyasal ajanlar (fonksiyonelleştirme) kullanılarak nanotüplerin reçine içinde homojen dağılması şarttır.
Havacılıkta formül basittir: Hafiflik = Menzil.
Karbon Nanotüp takviyeli kompozitler, mekanik özellikleri artırırken parça kalınlıklarını azaltmaya olanak tanır. %20 daha hafif bir gövde, %20 daha fazla mühimmat veya havada kalış süresi demektir. Yerli ve milli İHA projelerimizde CNT teknolojisinin kullanımı, Türkiye'yi havacılık liginde bir üst sıraya taşıyacak anahtardır.
Karbon Nanotüp (CNT) karbon fiberden farklı mı? Evet. Karbon fiber mikron boyutundadır (saç teli kalınlığında), CNT ise nano boyutundadır (moleküler seviyede). CNT'ler genellikle karbon fiberi tutan reçineyi güçlendirmek için "takviye" olarak kullanılır.
CNT kompozitler çok mu pahalı? Hammadde olarak pahalıdır ancak sağladığı ağırlık tasarrufu ve sensör/zırh gibi ekstra donanımları ortadan kaldırması, toplam proje maliyetinde (özellikle askeri projelerde) avantaj sağlar.
Bu gövdeler tamir edilebilir mi? Evet, standart kompozit tamir prosedürleri uygulanabilir. Ancak "akıllı gövde" özellikleri (sensör yeteneği) tamir edilen bölgede kaybolabilir.
