IR güdümlü mermilere karşı yansıtıcı ve soğurucu panel geliştirilmesi
Developing reflective and absorptive panels against IR guided missiles
Yazar: SAMET ÇELİK
Danışman: DOÇ. DR. DOĞUŞ ÖZKAN
Milli Savunma Üniversitesi / Atatürk Stratejik Araştırmalar ve Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Kızılötesi = Infrared ; Kızılötesi spektrometre = Infrared spectrometry ; PVD =

Özet:
Gemilerde buharlı makinelerin kullanılmaya başlanmasıyla birlikte, yanma sonucu oluşan sıcak egzoz gazlarının tahliyesi için bacalar kullanılmıştır ve bacalar günümüzde kullanılmaktadır. İkinci Dünya Savaşı sırasında insanlar, kendilerinin ve nesnelerin tespit edilebilirliğini azaltmak amacıyla çeşitli kamuflaj yöntemleri ve teknikleri geliştirmişlerdir. Bu kamuflaj yöntemleri genellikle bulundukları ortamda gözle görülme ihtimallerini zorlaştırmaya dayanmaktadır. Gözle görünebilmeyi azaltmak amacıyla kızılötesi (IR) tespit cihazları geliştirilmiştir. Bu cihazlar, çoğunlukla ortam sıcaklığından farklı sıcaklıklara sahip nesnelerin tespitini kolaylaştırmaktadır. Farklı sıcaklığa sahip cisimler, ortamla arasındaki sıcaklık farkı nedeniyle IR izleri oluşturur. Bu IR izler, ne kadar büyükse tespit etmek o kadar kolay olur. Bu nedenle, özellikle içsel kaynaklı olarak savaş gemilerinde bulunan ana makinelerin çalışmasıyla ortaya çıkan yüksek sıcaklıktaki egzoz gazları, makine dairelerinde ve gemi bacasında, dışsal kaynaklı olarak güneş ışınlarının gemiye çarpmasıyla da geminin gövdesinin ısınması ve IR iz oluşturması anlamına gelir. Yapılan çalışmalar, baca gazlarının oluşturduğu IR izin geminin toplam IR izinin yaklaşık %50'sini oluşturduğunu göstermiştir. Bu nedenle, teknolojik ilerlemelerle birlikte, IR güdümlü sistemler, özellikle egzoz gazı ve baca metalinin termal izini tespit eder ve verilen komutu yerine getirmek için harekete geçer. Bu çalışmalar sonucunda geliştirilen IR güdümlü mermilerle birlikte IR tespit edilebilirliğini azaltmak amacıyla IR karşı tedbirler hızla geliştirilmiş ve günümüzde hala gelişim göstermektedir. Yüzer platformlarda, özellikle gemi bacalarının, 450-550 °C gibi yüksek sıcaklıklara sahip egzoz gazı yayması, IR gizlenmedeki en önemli ve en zorlu kısmı oluşturur. 
Bu tez çalışmasında ele alınan konu, savaş gemilerinde ana makinelerin yüksek egzoz gazı sıcaklığı nedeniyle gemi baca gövdesinde oluşan IR ısı izlerinin azaltılmasıdır. Yüksek sıcaklıktaki bacadan çıkan egzoz gazları, savaş gemilerinin savunması için önemli bir risk faktörüdür. Makinelerin egzoz gazının yüksek sıcaklığından kaynaklanan ısınma etkisi, geminin baca bölgesinde fark edilebilir ve hedef alınabilir bir kızılötesi (IR) iz oluşturur. Bu IR iz, IR iz algılayıcı dedektörlere sahip güdümlü mermiler tarafından kolayca görülüp hedef haline getirilebilmektedir. Bu sebeple, savaş gemilerinin görev emniyetini sağlamak, tespit edilebilirliğini azaltmak, donanma gücünün sürekliliği ve savunma açısından son derece önemlidir.
Yapılan çalışmada Fiziksel Buhar Biriktirme (PVD) yöntemi ile yüksek sıcaklığa dayanıklı seramik ve kuvars camlar; Cr, ZrN ve AlTiBN ile tek katmanlı ve çok katmanlı olarak kaplanmıştır. Elde edilecek sonuçlarda malzemelerin yansıtıcılık ve soğuruculuk performanslarına göre değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Yapılan analizlerde soğuruculuk performansına göre en iyi kaplama Cr ve yansıtıcılık özelliğine göre en iyi kaplama ise Cr+ZrN kaplamanın olduğu görülmüştür. Elde edilen sonuçlar ile egzoz kaynaklı sıcaklığın baca metalinde oluşturduğu IR izin cam üzerine uygulanan kaplamalar ile azaltılmasının mümkün olduğu gözlemlenmiştir.

Abstract:
With the introduction of steam engines on ships, chimneys were used to exhaust the hot exhaust gases generated by combustion, and chimneys are still used today. These chimneys are still in use today. During World War II, people developed various camouflage methods and techniques to reduce their own and objects' detectability. These camouflage methods generally aim to make it difficult for them to be visually perceived in their environment. In order to reduce visibility, infrared (IR) detection devices were developed. These devices facilitate the detection of objects with temperatures different from the ambient temperature. Objects with different temperatures create IR signatures due to the temperature difference between them and the surroundings. The larger these IR signatures, the easier they are to detect. Therefore, the high-temperature exhaust gases generated by the operation of main engines, particularly in warships, and the heating of the ship's hull due to the impact of sunlight externally, result in the formation of IR signatures in the engine rooms and ship chimneys. Studies have shown that the IR signature generated by the exhaust gases constitutes approximately 50% of the total IR signature of the ship. Therefore, with technological advancements, IR-guided systems detect and act upon the thermal signature of exhaust gases and chimney metals to execute a given command. As a result of these studies, IR countermeasures have been rapidly developed to reduce IR detectability, especially with the use of IR-guided missiles. These countermeasures continue to evolve today. In floating platforms, especially in ship chimneys, the emission of exhaust gases with high temperatures, such as 450-550 °C, constitutes the most important and challenging aspect of IR concealment.
The subject addressed in this thesis study is the reduction of IR heat signatures formed on the ship chimney structure due to the high exhaust gas temperature of the main engines in warships. The high-temperature exhaust gases emitted from the chimney are an important risk factor for the defense of warships. The heating effect caused by the high temperature of the exhaust gas from the engines creates a noticeable and targetable infrared (IR) signature in the chimney region of the ship. This IR signature can be easily detected and targeted by guided missiles equipped with IR signature detectors. Therefore, ensuring the mission safety, reducing detectability, and maintaining the continuity of naval power and defense are of utmost importance.
In the study, high-temperature resistant ceramics and quartz glasses were coated with single-layer and multi-layer coatings of Cr, ZrN, and AlTiBN using the Physical Vapor Deposition (PVD) method. The aim was to evaluate the materials based on their reflectivity and absorptivity performances. The analysis revealed that Cr had the best coating in terms of absorptivity performance, while the Cr+ZrN coating had the best reflectivity property. It has been observed that it is possible to reduce the heat generated by exhaust gases in the chimney metal by applying coatings on the glass, based on the obtained results.