Bir İnsansız Hava Aracı (İHA) ses hızını aştığında veya bir çöl fırtınasında uçtuğunda, en büyük düşmanı füzeler değil, fizik kurallarıdır. Sürtünme ısısı, kum erozyonu ve termal şok, standart metal gövdeleri kısa sürede kullanılmaz hale getirebilir. İşte bu zorlu koşullarda mühendislerin başvurduğu en stratejik kalkan Silisyum Karbür (SiC) kaplamalardır.
Bu yazımızda, elmasa yakın sertliği ve volkanik sıcaklıklara dayanımıyla bilinen Silisyum Karbürün, İHA teknolojisinde nasıl kullanıldığını 3 kritik senaryo üzerinden inceliyoruz.
Silisyum (Kum) ve Karbonun yüksek sıcaklıkta tepkimeye girmesiyle oluşan sentetik bir seramiktir. Onu havacılık için vazgeçilmez kılan üç özelliği vardır:
Termal Şok Direnci: Aniden ısınıp soğuduğunda çatlamaz.
Sertlik: Doğadaki en sert malzemelerden biridir, zımpara kağıtlarında bile kullanılır.
Hafiflik: Çelikten çok daha hafiftir (yoğunluğu yaklaşık 3.1 g/cm3).
Silisyum karbür kaplama, bir boya gibi fırçayla sürülmez. Genellikle CVD (Kimyasal Buhar Biriktirme) yöntemiyle, gaz halindeki atomların yüzeye işlenmesiyle oluşturulur.
Modern SİHA'lar (Silahlı İHA), turboprop veya turbojet motorlar kullanır. Bu motorların içindeki türbin kanatçıkları, yanma odasından çıkan gazlarla binlerce dereceye kadar ısınır.
Sorun: Nikel alaşımlı metal kanatçıklar, 1100 derecenin üzerinde yumuşamaya başlar ve "sünme" (creep) denilen deformasyona uğrar.
SiC Çözümü: Türbin kanatçıklarının yüzeyi ince bir Silisyum Karbür katmanıyla kaplanır. SiC, 1600 dereceye kadar yapısını korur.
Örnek Senaryo: Bir İHA motorunun verimliliğini artırmak için yanma sıcaklığını 200 derece artırmak istiyorsunuz. Normalde motor erir. Ancak SiC kaplı parçalar bu ısıyı metal gövdeye iletmeden yansıtır. Bu "Termal Bariyer" etkisi, motorun daha güçlü çalışmasını ve İHA'nın daha hızlı uçmasını sağlar.
Geleceğin İHA'ları ve füzeleri hipersonik hızlarda (Ses hızının 5 katı - Mach 5+) uçacak.
Sorun: Bu hızda hava sürtünmesi o kadar fazladır ki, uçağın burnu ve kanat önleri (hücum kenarları) plazma haline gelen hava nedeniyle akkor gibi parlar (yaklaşık 2000 derece). Alüminyum veya karbon fiber bu sıcaklıkta yanıp kül olur.
SiC Çözümü: İHA'nın en uç noktaları, masif Silisyum Karbür ile kaplanır veya üretilir.
Örnek Senaryo: Atmosfere giriş yapan veya çok yüksek hızda manevra yapan bir hipersonik İHA düşünün. Burnu kıpkırmızı olsa bile SiC kaplama sayesinde şeklini korur. Ayrıca SiC, oksidasyona (yanmaya) karşı dirençli olduğu için atmosferdeki oksijenle tepkimeye girip aşınmaz.
Gözetleme İHA'ları çok yüksek irtifalarda (soğuk) görev yaparken, yerdeki hedefleri izlemek için güçlü optik lensler ve aynalar kullanır.
Sorun: Cam veya metal aynalar, sıcaklık değişimlerinde genleşir veya büzülür. Bu mikroskobik şekil değişimi, kamera görüntüsünün bulanıklaşmasına veya lazer hedeflemenin sapmasına neden olur.
SiC Çözümü: Silisyum karbür, sıcaklık değişimlerinde boyutunu neredeyse hiç değiştirmez (Düşük termal genleşme katsayısı). Ayrıca yüzeyi elmasla parlatılarak mükemmel bir ayna haline getirilebilir.
Örnek Senaryo: 30.000 feet yükseklikte (-50 derece) uçan bir İHA, yerdeki (+40 derece) bir hedefi lazerle işaretliyor. Mercek sistemi SiC kaplı olduğu için sıcaklık farkından etkilenmez, "termal kararlılık" sağlar ve lazer ışını milimetrik hassasiyetle hedefe gider.
Bu malzemenin en büyük dezavantajı maliyeti ve işleme zorluğudur. Elmas kadar sert olduğu için kesilmesi ve şekil verilmesi çok zordur. Ancak İHA'ların motor, burun ve kamera gibi en kritik ve pahalı bölgelerinde sağladığı koruma, maliyetini fazlasıyla karşılar.
İHA teknolojisi geliştikçe, onları sınırlayan faktör artık elektronik değil, malzemedir. Silisyum Karbür kaplamalar, İHA'ların daha sıcak, daha hızlı ve daha zorlu koşullarda görev yapabilmesinin önünü açmaktadır. Uzay ve savunma sanayisinde "SiC Teknolojisine" sahip olmak, göklerde üstünlük kurmakla eşdeğerdir.
Silisyum karbür kaplama radarda görünür mü? Silisyum karbür bir yarı iletkendir. Saf haliyle radar dalgalarını yansıtabilir ancak içine özel katkı maddeleri eklenerek radar emici (RAM) özellik kazandırılabilir ve stealth uçaklarda kullanılabilir.
SiC kaplama ne kadar dayanıklıdır? O kadar serttir ki, çöl fırtınasında uçan bir İHA'nın kanatlarına çarpan kum taneleri kaplamayı çizemez. Erozyon direnci çelikten kat kat üstündür.
