Aviyonik sistemlerde elektromanyetik kalkanlama ve hava araçları için karbon fiber kompozit malzeme geliştirilmesi

Havacılık ve savunma sanayinde artan rekabet, hava araçlarında kullanılan malzemelerin hem elektromanyetik girişim (EMI) kalkanlama özelliğine hem de üstün mekanik özelliklere sahip olmasını gerektirmektedir. Ayrıca, uçakların hafif malzemeler ile tasarlanması performanslarını arttırmak için önemlidir. Dolayısıyla, karbon fiber gibi hafif ve üstün mekanik özelliklere sahip takviye malzemeleri kullanarak, elektromanyetik kalkanlama açısından verimli kompozit malzemelerin geliştirilmesi güncel bir konudur. Bu tez çalışmasında elektromanyetik dalgaların aviyonikler üzerindeki olumsuz etkilerini azaltan bir karbon fiber kompozit malzemenin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Yapılan deneysel çalışmada, matris malzemesi olarak epoksi reçine ve takviye malzemesi olarak; tek yönlü ve çift yönlü karbon fiber kumaşlar kullanılmıştır. Ayrıca, üretilen bazı kompozitlerde daha yüksek kırılma noktası ve esneklik elde etmek için çift yönlü cam fiber kumaşlar takviye edilmiştir. Toplam sekiz kompozit plaka, elle yatırma yöntemi ile farklı oryantasyon ve katman sayılarında iki set olarak üretilmiştir. Birinci set ve ikinci set malzemelerin karbon fiber hacim oranı sırasıyla %45-%50 ve %35-%40 aralığındadır. Üretilen kompozit plakaların; oryantasyon açısı, katman sayısı ve fiber kumaş tipi gibi parametreleri için elektromanyetik dalga kalkanlama karakteristikleri incelenerek iyi kalkanlama değerleri veren kompozit malzemeler belirlenmiştir. Ölçüm için; Aaronia marka DFG 4060 model dalga jeneratörü, HF 60105 model spektrum analizör ve iki directional anten kullanılarak, 900 MHz ile 6000 MHz aralığında malzemelerin elektromanyetik kalkanlama etkinlikleri (EKE) ölçülmüştür. Çalışılan frekans aralığında 62.13 dB'e kadar EKE elde edilmiştir. Bu değer, literatürde iyi kalkanlama seviyesi olarak kabul edilmektedir. Dahası, ölçüm sonuçlarına göre; 0°'ye nazaran, karbon fiberin oryantasyon açısı 90° olduğunda EKE'nin çok daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. EKE'ye etki eden bir diğer parametre karbon fiber kumaşın tek yönlü veya çift yönlü olmasıdır çünkü çift yönlü kumaşın EKE'yi arttırdığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, katman sayısının EKE üzerinde oryantasyon açısından daha az etkiye sahip olduğu saptanmıştır. Simülasyon kısmında, COMSOL Multiphysics yazılımıyla alüminyum, demir, FR-4 ve karbon fiber kompozit malzeme için elektrik alan büyüklükleri hesaplanarak EKE gözlemlenmiştir. Son olarak; F-16, F-22 ve F-117 uçak modelleri ile gerçekleştirilen simülasyonlarda, karbon fiberin gizlilik teknolojisi açısından hava araçlarında kullanılabileceği gösterilmiştir.