Bir jet motorunu daha verimli hale getirmenin fiziksel kuralı basittir: "Motoru daha sıcak çalıştır." Termodinamik yasalarına göre, yanma odası ve türbin ne kadar sıcaksa, yakıt o kadar verimli enerjiye dönüşür. Ancak mühendisler yıllardır büyük bir duvarla karşı karşıyaydı: Metallerin Erime Noktası. En gelişmiş Nikel bazlı süper alaşımlar bile 1100 dereceden sonra yumuşamaya başlar. İşte bu duvarı yıkan teknoloji, metallerin pabucunu dama atan Seramik Matrisli Kompozitler (CMC) malzemesidir. Bu yazıda, GE Aviation gibi devlerin motorlarında neden metali terk edip seramiğe geçtiğini inceliyoruz.
"Seramik" denince aklımıza yere düşünce kırılan bir vazo gelir. Ancak CMC teknolojisi, seramiğin ısıya dayanıklılığını alıp, kırılganlığını yok eden bir yapıdır.
Yapısı: Genellikle Silisyum Karbür (SiC) seramik liflerinin, yine Silisyum Karbür bir matris içine gömülmesiyle (SiC/SiC) üretilir.
Farkı: Tıpkı betonu demirle güçlendirmek gibi, seramiği de seramik ipliklerle güçlendirirler. Bu sayede malzeme çatlamaz, metal gibi esneklik kazanır ve şoklara dayanır.
Havacılıkta ağırlık, yakıt tüketimi demektir.
Nikel süper alaşımların yoğunluğu yüksektir (ağırdır).
CMC malzemeler ise metal alaşımların üçte biri ağırlığındadır.
Etkisi: Türbin kanatçıkları CMC'den yapıldığında, dönen disk üzerindeki merkezkaç kuvveti azalır. Bu, diskin, şaftın ve yatakların da küçülmesini ve hafiflemesini sağlar. Zincirleme bir hafifleme etkisiyle motor yüzlerce kilo hafifler.
Metal kanatçıklar erimesin diye, motorun içine sürekli "soğutma havası" (Bleed Air) üflenir. Bu hava, kompresörden çalınan havadır ve motorun itki gücünü azaltır.
CMC Avantajı: CMC'ler 1300-1400 derece sıcaklıklara soğutma olmadan dayanabilir.
Sonuç: Soğutma havasına daha az ihtiyaç duyulduğu için, motorun içine giren havanın tamamı itki (thrust) üretmek için kullanılır. Bu da yakıt verimliliğinde %10-%15 gibi devasa bir artış sağlar.
Bu teknoloji artık teoride değil, gökyüzündedir.
LEAP Motoru: Airbus A320neo ve Boeing 737 MAX uçaklarında kullanılan bu motorda, türbin örtüsü (Turbine Shroud) CMC malzemeden yapılmıştır.
GE9X: Dünyanın en büyük jet motoru olan (Boeing 777X için) GE9X'te, yanma odası gömlekleri, türbin kanatçıkları ve nozullar CMC'den üretilmiştir. Bu motor, sivil havacılık tarihinin en verimli motorlarından biridir.
CMC üretmek, metali dökmeye benzemez.
Süreç: Kimyasal Buhar İnfiltrasyonu (CVI) gibi çok karmaşık ve günler süren nano-teknolojik süreçlerle üretilir.
Maliyet: Hammaddesi ve işlenmesi şu an için metallerden çok daha pahalıdır. Ancak yakıt tasarrufu ve parça ömrünün uzunluğu, bu maliyeti operasyonel süreçte amorti etmektedir.
Havacılıkta "Taş Devri" bitmiş, "Seramik Çağı" başlamıştır. Jet motorlarının daha sessiz, daha az yakıt tüketen ve daha güçlü olmasının yolu, onları metalin sınırlarından kurtarmaktan geçer. Seramik Matrisli Kompozitler (CMC), hem sivil havacılıkta bilet fiyatlarını düşürecek hem de 6. nesil savaş uçaklarının süpersonik hızlarda daha uzun süre kalmasını sağlayacak kilit teknolojidir.
