Bir yolcu uçağı 35.000 feet yükseklikte süzülürken, motorlarının ürettiği gücün yaklaşık yarısı tek bir düşmana karşı harcanır: Hava Sürtünmesi. Havacılık endüstrisinde "Skin Friction Drag" (Yüzey Sürtünme Direnci) olarak bilinen bu fiziksel engel, milyarlarca dolarlık yakıtın boşa gitmesine neden olur.
Ancak malzeme bilimi, doğadan aldığı ilhamla bu denklemi değiştiriyor. Mikroskobik dünyada yapılan mühendislik, devasa uçakların havayı adeta bir bıçak gibi kesmesini sağlıyor. İşte havacılıkta nano kaplama teknolojisinin büyüleyici dünyası.
Çıplak gözle baktığınızda bir uçağın gövdesi pürüzsüz metal veya kompozit gibi görünür. Ancak mikroskop altında bakıldığında, o yüzey aslında engebeli dağlar ve vadilerle doludur. Hava molekülleri bu mikroskobik pürüzlere çarparak türbülans yaratır ve uçağı yavaşlatır.
Nano kaplamalar, bu boşlukları moleküler düzeyde doldurarak "Atomik Pürüzsüzlük" sağlar. Yüzey o kadar kaygan hale gelir ki, hava molekülleri yüzeye tutunamaz ve laminar (düzenli) akış bozulmadan devam eder.
Nano kaplamaların en popüler uygulamalarından biri Biyomimikri (Doğayı taklit etme) ürünüdür. Köpekbalıkları, derilerindeki "denticle" adı verilen mikroskobik kanallar (ribletler) sayesinde suda çok hızlı hareket eder. Bu kanallar, suyun (veya havanın) yüzeye yapışarak oluşturduğu girdapları parçalar.
Mühendisler, uçak gövdesine uyguladıkları nano-dokulu kaplamalarla bu Riblet Etkisini taklit eder.
Sonuç: Sürtünmede %5-8 azalma.
Ekonomi: Küresel bir havayolu şirketi için yılda on milyonlarca dolar yakıt tasarrufu.
Bir yüzey kirlendiğinde, aerodinamik verimliliği düşer. Böcek kalıntıları, toz ve yağmurdaki mineraller uçak yüzeyinde birikerek sürtünmeyi artırır.
Burada devreye Süperhidrofobik (Su İtici) Nano Kaplamalar girer. Lotus çiçeğinin yaprağından ilham alan bu teknoloji, suyun yüzeye yayılmasını değil, boncuklanıp akmasını sağlar. Su damlacıkları yüzeyden kayarken kiri ve tozu da beraberinde götürür.
Kendini Temizleme (Self-Cleaning): Uçak her zaman temiz kalır, bu da optimum hava akışı demektir.
Hava direncini artıran en tehlikeli faktörlerden biri buzlanmadır. Kanat üzerinde biriken milimetrik bir buz tabakası bile kanat profilini bozarak kaldırma kuvvetini (Lift) düşürür ve sürüklemeyi (Drag) artırır.
Geleneksel yöntemler, motorlardan sıcak hava çekerek veya kimyasal sıvılarla buzu eritir. Ancak Nano-Icephobic Kaplamalar, buzun yüzeye moleküler düzeyde tutunmasını engeller. Buz kristalleşmeye başladığı anda rüzgarın gücüyle kopup gider. Bu hem uçuş güvenliğini artırır hem de buz çözme sistemlerinin tükettiği enerjiden tasarruf sağlar.
Nano kaplamaların önündeki en büyük engel, havacılığın zorlu şartlarıdır. Bir uçak yüzeyi;
-50°C ile +50°C arası ani sıcaklık değişimlerine,
UV radyasyonuna,
Yüksek hızda yağmur ve dolu aşındırmasına maruz kalır.
Günümüzde geliştirilen Hibrit Nano-Kompozitler ve seramik bazlı şeffaf kaplamalar, bu zorlu şartlara yıllarca dayanabilecek sertliğe ulaşmıştır.
Havacılıkta %1'lik bir verimlilik artışı bile devrim niteliğindedir. Nano kaplamalar, uçakları daha hafif, daha kaygan ve daha temiz hale getirerek sadece havayolu şirketlerinin karını artırmakla kalmaz, aynı zamanda tonlarca karbon emisyonunun atmosfere salınmasını engeller. Geleceğin gökyüzü, nano teknolojinin görünmez peleriniyle kaplı olacak.
1. Nano kaplamalar uçağın ağırlığını artırır mı? Hayır, tam tersine. Geleneksel boya katmanlarına göre çok daha ince (mikron seviyesinde) oldukları için toplam ağırlıkta ihmal edilebilir bir yer tutarlar, hatta boya ağırlığını azaltabilirler.
2. Bu kaplamalar mevcut uçaklara uygulanabilir mi? Evet, "Retrofit" olarak adlandırılan işlemle, eski nesil uçaklar da bakımları sırasında zımparalanıp nano teknolojik boyalarla yeniden kaplanabilir.
3. Köpekbalığı derisi etkisi sadece boya ile mi sağlanır? Genellikle özel filmlerin yapıştırılması veya lazerle yüzey işleme yöntemleriyle de bu mikro-kanallar oluşturulabilir.
