Hava araçlarında yıldırımsavar hibrit kompozitlerde katı partikül erozyonunun etkisi

Abstract

Karbon fiber güçlendirilmiş kompozitler hava araçlarının parçalarında ve insansız hava araçlarının (İHA) gövde yapılarında yüksek fiziksel özellikleri ve mekanik dayanıklılıklarından dolayı sıklıkla kullanılmaktadır. Bu üstün özelliklerinin yanında yıldırıma maruz kalmış İHA'larda yetersiz elektrik iletkenliği gösterirler. Karbon fiber güçlendirilmiş kompozitlere metal bir tel örgü eklemek İHA gövde yapılarını yıldırım hasarından korumak için alternatif bir yöntemdir. Katı partikül erozyonu keskin kenarlı partiküllerin hava araçlarının yüzeylerine çarpmasıyla oluşur. Katı partikül erozyonunundan kaynaklanan yüzey hasarları aerodinamik kayıplara dolayısıyla yakıt tüketiminin artmasına ve hava araçlarının menzilinin kısalmasına sebep olur. Aynı zamanda hasarlı kısımlar yıldırım direncinin de azalmasına sebep olacaktır. Literatürde karbon fiber-metal örgü hibrit güçlendirilmiş kompozitlerin katı partikül erozyonuyla ilgili yeterli sayıda çalışma yoktur. Bu çalışmanın amacı bu kompozitlerin katı partikül erozyonu davranışlarını karakterize etmek ve numune yüzeylerinde oluşan aşınma hasarını analiz etmektir. Katı partikül testleri ASTM G 76 standartlarına göre dizayn edilmiş test düzeneklerinde yapılmıştır. Katı partikül erozyonu testleri 6 farklı çarpma açısında (15°, 30°, 45°, 60°, 75°, 90°) uygulanmıştır. Katı partikül testlerinden önceki ve sonraki numunelerin yüzey pürüzlenmesinin analizi temassız üç boyutlu lazer profilometre kullanılarak yapılmıştır.

Carbon fiber reinforced composite materials (CFRP) are being widely used in aircraft parts and unmanned air vehicle (UAV) airframe production due to their high specific stiffness and strength. Besides their superior characteristics, they have a disadvantage of poor electrical conductivity when used in UAV airframes which subjected to lightning strike during their service life. In order to protect UAV airframe from lightning strike damage, adding a metal wire to CFRP composite is an alternative method. Solid particle erosion caused by sharp edge particles hitting on the surface of the aircraft and UAV parts. Surface damage induced by solid particle erosion cause aerodynamic losses and result with increase in specific fuel consumption or shortening of maximum air vehicle range. Also worn body could be lost its lightning strike residence. It is evident that there is no much literature study about CFRP - metal wire hybrid reinforced composites solid particle erosion behavior. The aim of this study is to characterize the solid particle erosion behavior of CFRP - metal wire hybrid reinforced composite and analyze the post wear damage induced in the surface of the samples. Solid particle tests were performed according to ASTM G 76 standard in a specially designed test rig. Solid particle erosion tests accomplished at six various impact angles (15°, 30°, 45°, 60°, 75°, 90°). Surface roughness analysis of specimens before and after solid particle erosion tests were performed by using 3D non-contact laser profilometer.