Farklı üretim metodlarıyla üretilmiş termoset kompozitlerin mekanik özellikler ve maliyete etkisinin insansız hava aracı kanat kabuk üretiminde incelenmesi
Examination of mechanical properties and cost impact of thermoset composites produced with different manufacturing methods in the production of unmanned aerial vehicle wing skins
Yazar: FAHRETTİN ERAY SAYIN
Danışman: PROF. DR. AHMET ÜNAL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Havacılık, ulaşım ve savunma sanayinde kompozit malzemeler önemli bir yer edinmiştir. Bunun en büyük sebebi kompozitlerin sahip oldukları üstün mekanik özelliklerdir. Ancak üretim yöntemleri mekanik özellikler üzerinde değişikliklere sebep olabilir. Bu çalışmada farklı üretim yöntemleri ile imal edilen hava aracı parçalarının mekanik özellikleri incelenmiştir. Ayrıca havacılıkta proje başlangıcında, prototip ve seri imalata geçiş süreçlerinde kullanılacak olan üretim rotalarında optimum teknik kabiliyet ve maliyet analizleri araştırılmıştır. Araştırma insansız hava aracı (İHA) kanat kabuk imalatına yönelik olarak termoset matrisli karbonfiber ve camfiberler üzerine otoklav ve atmosferik fırın kullanılarak yapılmıştır. Üretim sürecinde kuru ve prepreg olmak üzere iki farklı takviye kumaş türü seçilmiştir. Elle yatırma yöntemi uygulanarak bir araya getirilen kumaşların basınçlı atmosfer ve normal atmosfer koşullarında kürlenmiştir. Farklı malzemeler ve üretim rotaları izlenerek toplamda 18 çeşit kompozit elde edilmiş ve mekanik özellikleri belirlenmiştir. Karbon fiber prepreg kumaş tipi ile üretilen ve basınç altında kürlenen numunelerin diğer numunelere göre mekanik özelliklerinde minimum %265 daha yüksek sonuçlar elde edilmiştir. Maliyet analizinde de aynı parametreler ile üretilen numunenin, kuru karbon fiber kumaşla ıslak serim yöntemiyle üretilen numuneye göre %234 daha ucuz olduğu hesaplanmıştır. İHA sistemlerinde kullanılan kompozit malzemelerin prototip imalat sürecinden seri imalat sürecine geçişinde ürün teknik isterleri açısından üretilen numuneler değerlendirilmiştir. Buna göre prototip sürecinde Numune 6(GFW8 WvUD6) ile optimum fayda/maliyet oranı elde edilirken seri imalat sürecinde faydalı yük, uçuş süresi, uçuş anında maruz kalacağı yükler dikkate alındığında maliyet artışına rağmen Numune 1 (CAP8 WvUD1) kullanılacağı tespit edilmiştir.

Abstract:
The increased demand in production quantities in the aviation, transportation, and defense industries has led to the significant prominence of composite materials in the sector due to their technical capabilities. The effects of changes in production methods of preferred composite materials due to their mechanical properties will be examined in the manufacturing of aircraft components. In this context, optimal technical capabilities and cost analyses will be investigated for the production routes to be used during the project initiation, prototype, and transition to mass production phases in aviation. The study includes thermoset matrix carbon fibers and glass fibers used in the manufacturing of unmanned aerial vehicle wing shells, incorporating autoclaves and atmospheric furnaces devices. In the production process, 18 samples were produced using the lay-up method of dry and prepreg fabrics, and their mechanical tests were conducted under pressurized and normal atmospheric conditions. It is anticipated that the mechanical properties of the samples produced with carbon fiber prepreg fabric and cured under pressure will yield results at least 265% higher compared to other sample types. In the cost analysis, it was calculated that the sample produced with the same experimental type is 234% cheaper than the sample produced with dry carbon fiber fabric using the wet lay-up method. Considering the technical requirements of product in the transition from prototype manufacturing to mass production of composite materials used in UAV systems, it was determined that in the prototype process, Sample 6 (GFW8 WvUD6) achieves the optimal benefit/cost ratio, while in the mass production process, taking into account payload, flight time, and loads during flight, Sample 1 (CAP8 WvUD1) will be used despite the increase in costs.