İnsansız Hava Araçları (İHA) veya dronlar, özellikle yüksek performanslı ve uzun görev süreli uygulamalarda (askeri SİHA’lar, ağır kargo dronları, yüksek hızlı keşif araçları) ciddi bir termal yönetim sorunuyla karşı karşıyadır. Motorlar, bataryalar ve yüksek güçlü aviyonik sistemler, aşırı ısı üreterek sistemin performansını düşürür ve güvenilirliğini tehlikeye atar. Geleneksel soğutma çözümleri (fanlar, ısı emiciler) genellikle hacimli ve ağırdır. Bu kritik zorluğun üstesinden gelmek için, malzeme bilimi, olağanüstü termal iletkenliğiyle bilinen mikronize grafit tozlarına yönelmiştir. Mikronize grafit, dron sistemlerinde aktif ve pasif soğutma çözümlerini dönüştürerek, termal stresi en aza indiren yeni nesil bir yaklaşım sunmaktadır.
Grafit, karbonun altıgen kafes yapısına sahip kristal bir formudur. En bilinen termal özelliklerinden biri, katmanlar boyunca (düzlem içi) mükemmel ısı iletkenliğine sahip olmasıdır; bu özellik, bakır veya alüminyum gibi metallerden bile daha iyidir.
Mikronize grafit tozları, bu özelliklerin kompakt ve esnek bir formda kullanılmasını sağlar. Parçacık boyutları tipik olarak 1 ila 100 mikrometre arasındadır.
Dronlarda aşırı ısınmanın sonuçları ciddidir:
Pil Kapasitesi Kaybı: Bataryaların (özellikle Lityum-iyon pillerin) yüksek sıcaklıkta çalışması, kapasitelerinin hızla azalmasına ve ömürlerinin kısalmasına neden olur.
Aviyonik Hata: İşlemciler ve sensörler gibi hassas elektronik bileşenlerin aşırı ısınması, performans düşüşüne ve görev arızalarına yol açar.
Motor Verimi: Motorun sıcak bölgelerinde etkin soğutma yapılmaması, parçaların yorulmasına ve verimin düşmesine neden olur.
Mikronize grafit tozları, doğrudan saf halde veya kompozit matrislere eklenerek dron sistemlerinin termal performansını artırır.
Elektronik bileşenlerden (işlemciler, güç kontrol üniteleri) ısı emicilere veya gövdeye ısı transferini sağlamak için TIM'ler kullanılır.
Grafit Bazlı TIM Pedleri: Mikronize grafit, yüksek termal iletkenliği sayesinde silikon bazlı polimer matrislere eklenerek termal arayüz malzemelerinin ısı transfer hızını önemli ölçüde artırır. Bu pedler, elektronik bileşenlerin ürettiği ısının hızla uzaklaştırılmasını sağlar.
Kazanım: Elektroniklerin arızalanma riskini azaltır ve yüksek performans gerektiren görevlerde işlemci hızının korunmasına yardımcı olur.
Dron bataryalarının optimal sıcaklıkta tutulması, uçuş süresini ve pil ömrünü maksimize eder.
Faz Değiştiren Malzemeler (PCM) Katkısı: Batarya paketlerinin içine entegre edilen PCM'ler, ısıyı emerek faz değiştirir. Mikronize grafit, bu PCM'lerin termal iletkenliğini artırmak için bir katkı maddesi olarak kullanılır. Grafit, batarya içindeki sıcak noktaların (hotspot) ısısını hızla emerek tüm pakete yayılmasını sağlar ve termal kaçak (thermal runaway) riskini azaltır.
Isı Dağıtıcı Levhalar: Mikronize grafit tozlarından yüksek basınç ve sıcaklık altında üretilen saf grafit levhalar, pil hücrelerinin arasına yerleştirilerek ısının tek yönde hızla iletilmesini (düzlem içi) ve yayılmasını sağlar.
Dronun gövdesi ve kanatları, pasif bir soğutma elemanı olarak kullanılabilir.
Termal Kompozitler: Mikronize grafit partikülleri veya ince grafit tabakaları, karbon fiber/epoksi kompozitlere entegre edilir. Bu, kompozitin termal iletkenliğini artırır.
Kazanım: Motorlar veya bataryalar tarafından üretilen ısı, gövde yapısı boyunca hızla yayılır ve daha geniş bir alandan atmosfere salınır. Bu, özellikle motorun veya elektroniklerin bulunduğu bölgelerde yerel aşırı ısınmayı engeller.
Jet motorlu SİHA'larda, egzoz ve motorun sıcak yüzeylerinin yönetimi kritiktir.
Grafit Seramik Kaplamalar: Mikronize grafit, seramik matrislerle birleştirilerek motor bileşenlerinin yüzeyine kaplanabilir. Bu kaplamalar, hem oksidasyon direncini artırır hem de motorun yaydığı Kızılötesi (IR) imzasını azaltmaya yardımcı olabilir (gizlilik uygulamaları için).
Mikronize grafit ile geliştirilen soğutma sistemleri, dron operasyonlarında doğrudan kazanımlar sağlar.
Uzayan Uçuş Süresi: Bataryaların daha soğuk ve optimum sıcaklıkta çalışması, kimyasal reaksiyonlarının verimini korur ve pilin tüm kapasitesinin kullanılmasını sağlar. Bu, uçuş süresini uzatır.
Artan Güvenilirlik: Elektroniklerin ve bataryaların aşırı ısınmadan korunması, ani arıza riskini minimize eder ve dronun görev başarısı oranını artırır.
Hafif Çözüm: Grafit tabanlı çözümler, geleneksel sıvı soğutma sistemlerine (pompa, radyatör, sıvı) göre daha hafif ve pasif olma eğilimindedir. Soğutma sisteminin ağırlığındaki her azalma, dronun faydalı yükünü veya menzilini artırır.
Türkiye'nin SİHA (Silahlı İnsansız Hava Aracı) ve İHA ekosistemi, performansı artırmak için termal yönetim teknolojilerine odaklanmıştır. BAYKAR ve TUSAŞ gibi firmaların geliştirdiği platformlarda kullanılan aviyonik ve batarya sistemlerinin termal yönetimi için yerli grafit ve nano karbon bazlı çözümlerin araştırılması, kritik bir Ar-Ge alanıdır. Bu alandaki ilerlemeler, Türk dronlarının zorlu iklim ve görev koşullarında operasyonel üstünlüğünü pekiştirecektir.
Mikronize grafit tozları, dronların termal yönetim sistemlerinde yüksek ısı iletkenliği ve hafifliği sayesinde devrim yaratan bir teknoloji sunmaktadır. Bu malzemeler, batarya termal yönetiminden kritik elektroniklerin soğutulmasına kadar geniş bir yelpazede kullanılarak dronların aşırı ısınma sorununu çözer. Grafit tabanlı çözümler, dronların uçuş süresini uzatarak, güvenilirliğini artırarak ve bakım maliyetlerini düşürerek, havacılığın gelecekteki görevlerini güvence altına almaktadır.
