İHA/İHA alanında kompozit malzemelerin uygulamaları

Uygulama alanları ve kullanım amaçları arasındaki farklılıklar nedeniyle, insansız hava araçları ile geleneksel taşıyıcı uçaklar arasında üretim malzemeleri ve gövde yapıları açısından önemli farklılıklar bulunmaktadır. Bir taşıyıcı uçak tasarlanırken ilk olarak insan taşıma faktörü göz önünde bulundurulmalı ve uçak yapısının güvenliği ve malzeme yük taşıma kapasitesi için ilgili standartlar ve gereklilikler mevcuttur. Ancak, insansız hava araçlarının insan güvenliği performans sorunlarını dikkate almasına gerek yoktur ve gövde yapısı tasarımı ve üretim malzemeleri konusunda daha fazla seçenek ve deneme olanağı mevcuttur. Kompozit malzemeler, sertlik, mukavemet, sismik ve yorulma direnci ve termal genleşme katsayısı açısından daha iyi performansa sahiptir ve bu nedenle insansız hava aracı üretimi için tercih edilen malzemelerdir.

（1） İnsansız hava araçları için kompozit malzemelerin uygulama parçaları

1. Yapısal bileşenler: İHA'nın ana yapısı, kanatları, kuyruk kanatları ve diğer parçaları kompozit malzemelerden yapılabilir. Kompozit malzemeler hafif, yüksek mukavemetli, iyi yorulma direncine ve darbe direncine sahip olduğundan, insansız hava araçlarının daha uzun ömürlü olmasını ve daha iyi uçuş performansına sahip olmasını sağlar.
2. Motor bölmesi: İnsansız hava araçlarının motorlar, kontrolörler vb. gibi temel bileşenleri de kompozit malzemeler kullanılarak korunabilir. Kompozit malzemeler, iyi bir elektromanyetik koruma performansı sağlayabilir, elektromanyetik paraziti etkili bir şekilde azaltabilir ve insansız hava aracı elektrik sistemlerinin istikrarlı çalışmasını sağlayabilir.
3. Isı dağıtım malzemesi: İHA'lar uçuş sırasında büyük miktarda ısı üretir ve kompozit malzemeler, İHA'ların ısıyı etkili bir şekilde dağıtmasına ve ekipmanın normal çalışmasını sağlamasına yardımcı olmak için ısı dağıtım kanatçıkları yapmak için kullanılabilir.
4. Yakıt sistemi: İnsansız hava aracı yakıt sistemlerinde kompozit malzemelerin kullanımı giderek önem kazanmaktadır. Örneğin, kompozit hidrojen depolama tankları, dronlar için güç kaynağı olarak hidrojen gazı depolamak amacıyla kullanılabilir.
5. Sensör kasası: İHA'ların GPS, barometre, jiroskop vb. gibi çeşitli sensörlerle donatılması gerekir. Hafif ve yüksek mukavemetli kasalar oluşturmak için kompozit malzemeler kullanılabilir; bu sayede sensörler dış çevresel etkilerden korunarak doğruluk ve stabiliteleri garanti altına alınabilir.

(2) İnsansız Hava Araçlarının Kompozit Bileşenleri için Üretim Sürecinin Analizi

1. Sıcak pres kalıplama işlemi

Sıcak pres kalıplama işlemi, insansız hava araçları için kompozit bileşenlerin iç ve dış kalitesini, homojen reçine içeriği ve mükemmel mekanik özelliklerle hafif ve mükemmel hale getirebilir. Bu nedenle, insansız hava araçlarının ana yük taşıyıcı bileşenleri ve yüksek hız gereksinimleri için kompozit bileşenlerin üretiminde tercih edilen yöntem haline gelmiştir. Sıcak pres kalıplama işleminin dezavantajı, düşük ekonomik verimliliğidir; bu da esas olarak üretim ekipmanı, ilk yatırım ve işleme maliyetlerindeki yüksek gereksinimlere yansır ve bu da bir ölçüde bu teknolojinin yaygınlaşmasını kısıtlar. Bu nedenle, ekonomik faydalar göz önünde bulundurulduğunda, düşük sıcaklık ve düşük basınçlı kalıplama teknolojisi genellikle insansız hava araçlarının gerçek üretim sürecinde kolayca değiştirilebilir.

2. Vakumlu torba şekillendirme işlemi

Vakumlu torba şekillendirme teknolojisinin avantajları, yüksek maliyet etkinliği, minimum yatırım maliyetiyle ideal üretim sonuçlarına ulaşılması ve proses işletiminin düşük zorluğudur; bu da yaygınlaşmasını ve uygulanmasını kolaylaştırır. Dezavantajı ise kalıplama basıncının nispeten düşük olması, dolayısıyla uygulama hedeflerinin çoğunlukla nispeten düşük kalite standardı gerekliliklerine sahip kompozit malzeme bileşenleri olmasıdır. Uygulama kapsamı açısından bakıldığında, vakumlu torba şekillendirme teknolojisi, küçük ve düşük hızlı insansız hava araçları için kompozit malzeme üretiminde nispeten yaygındır. Çalışma yöntemleri açısından bakıldığında, vakumlu torba şekillendirme teknolojisinin ön işlemleri temel olarak iki yöntemi içerir: önceden emdirilmiş malzeme serme ve ıslak serme. Çalışma etkinliği açısından bakıldığında, önceden emdirilmiş malzeme serme işlemi altında kompozit bileşenlerin yapışkan kaplaması homojen, iyi stabilite ve kaliteye sahiptir.

3. Sıkıştırma kalıplama işlemi

Sıkıştırma kalıplama işleminin avantajları arasında yüksek üretim verimliliği, kolay kullanım, iyi ekonomi, yüksek kalıplama basıncı ve drone üretiminin maliyet girdisi ile kalite çıktısını dengeleme yeteneği yer alır. Uygulama kapsamı açısından, kalıplama işlemi çoğunlukla İHA köpük sandviç yapısının kompozit bileşenlerinin üretiminde kullanılır. İşlem süreci açısından, kalıplama işlemi iki adıma ayrılır: ① köpük çekirdek üretimi ve kaplama, ② kalıplama, presleme ve kürleme. Uygulama etkisi açısından, bu işlemin drone kanat panellerinin kompozit malzeme bileşenlerinde kullanılması, drone kanatlarının estetiğini ve hassasiyetini önemli ölçüde artırmıştır. Ayrıca, sıkıştırma kalıplama işleminin optimum etkisini sağlamak için sıkıştırma makinesinin makul seçimine dikkat edilmelidir.

4. Düşük sıcaklıkta şekillendirme teknolojisi

Düşük sıcaklık kalıplama teknolojisinin avantajları, nispeten düşük işlem maliyeti ve kontrol edilebilir enerji tüketimidir. Düşük sıcaklık polimer reçinesini 60-80 derecede şekillendirerek mevcut sıcak pres kalıplama işlemine etkili bir katkı sağlar. Uygulanabilirlik açısından bakıldığında, düşük sıcaklık şekillendirme teknolojisi yalnızca kompozit bileşenler için güçlü boyut toleransına sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda kompozit malzemeleri oda sıcaklığı ve basıncında doğrudan kürleyip şekillendirebilir. Bu nedenle, çeşitli drone tiplerinde yaygın olarak kullanılır. Operasyonel etkinlik açısından bakıldığında, yüksek sıcaklık şekillendirme teknolojisi ürünleriyle karşılaştırıldığında, düşük sıcaklık şekillendirme teknolojisi, mükemmel kompozit bileşen kalitesi sağlarken insansız hava araçlarının üretim maliyetini önemli ölçüde azaltabilir. Ayrıca, düşük sıcaklık kalıplama teknolojisinde iyi sonuçlar elde etmek için reçine ve düşük sıcaklık kalıplama prepreglerinin sürekli iyileştirilmesine dikkat etmek gerekir.

（3） İHA için kompozit malzemelerin oranı

İHA'ların ana yapı ve kanat bileşenleri genellikle kompozit malzemeler, alüminyum alaşımları vb. gibi hafif ve yüksek mukavemetli malzemelerden yapılır. Bu malzemeler nispeten pahalıdır ancak hafiftir ve bu da İHA'ların uçuş performansını iyileştirmede faydalıdır. İHA maliyetindeki yapısal malzemelerin oranı yaklaşık %20-30'dur.

İHA yapılarındaki kompozit malzemelerin ağırlık oranı, İHA'nın türüne, boyutuna ve uygulama senaryosuna bağlı olarak değişir. Genel olarak, İHA yapılarındaki kompozit malzemelerin ağırlık oranı %50'ye veya daha fazlasına ulaşabilir. İşte kabaca bir tahmin:

Küçük insansız hava araçları: Küçük insansız hava araçlarında, kullanılan kompozit malzeme oranı nispeten yüksektir ve gövde ağırlığının %70-80'ine kadar ulaşabilir. Bunun nedeni, küçük insansız hava araçlarının uçuş performansını artırmak için genellikle hafif malzemeler kullanırken, kompozit malzemelerin yüksek mukavemet ve sertliğe sahip olması ve bu sayede küçük insansız hava araçlarının yapısal gereksinimlerini karşılayabilmesidir.

Orta boy dronlar: Orta boy dronlardaki yapısal malzeme oranı nispeten düşüktür ve kompozit malzemeler ağırlığın yaklaşık %50-60'ını oluşturur. Bunun nedeni, orta boy dronların yakıt, sensör ve yük gibi daha fazla yük taşıması gerekebileceğinden, yapısal malzeme seçiminde performans ve ağırlık arasındaki dengeye daha fazla odaklanılmasıdır.

Büyük insansız hava araçları: Büyük insansız hava araçlarının yapısındaki kompozit malzemelerin ağırlık oranı nispeten düşük, yaklaşık %30-40 civarında olabilir. Bunun nedeni, büyük insansız hava araçlarının daha büyük yüklere ve rüzgar yüklerine dayanmak için çoğunlukla alüminyum alaşımları, titanyum alaşımları vb. gibi ağır yapısal malzemeler kullanmasıdır. Ayrıca, büyük insansız hava araçları genellikle yakıt, ekipman ve personel için daha fazla alana sahip olduğundan, kullanılan kompozit malzeme oranı nispeten düşüktür.