Hava araçlarında yıldırım darbesinin doğrudan etkilerinin incelenmesi
Investigation of direct effects of lightning strike on aircraft
Yazar: MEHMET PEKTAŞ
Danışman: DOÇ. DR. SERKAN KURT ; DR. ÖZKAN ALTAY
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektronik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Yıldırım çarpması, hava aracı yapısında ve aviyonik ekipmanlarda meydana getirdiği hasarlar nedeniyle ciddi bir güvenlik problemi oluşturmaktadır. Hava araçları yıldırım kanalına görece belirli bir hızda ilerlediğinden dolayı yıldırım hava aracı üzerinde ilk temas noktasından başlamak üzere yapı boyunca sürüklenmekte ve belirli noktalardan çıkış yapmaktadır. Yıldırım darbesinin şiddeti ilk çarpmada ve sonraki çarpmalarda farklılık göstermektedir. Yıldırım darbesinin şiddetinin giderek azalmasından dolayı hava araçlarında yıldırım çarpma bölgelendirmesi yapılmaktadır. Yıldırım ilk temas noktalarının belirlenmesi, yıldırım çarpma bölgelendirmesi açısından önem teşkil etmektedir. Çalışmada F-16 hava aracı modeli kullanılarak yıldırımın ilk temas noktalarının analizi gerçekleştirilmiştir. Bu sayede hava aracında hangi bölgelerin hangi yıldırım akımı dalga formuna maruz kalacağı belirlenerek, yıldırımın hava aracına verdiği hasarın değerlendirilmesi ve uygun koruma önlemlerinin geliştirilmesi sağlanmaktadır. 
Hava araçlarının çoğu yapısal parçasında metal kullanımı, yerini karbon fiber takviyeli polimerlere bırakmaktadır. Karbon fiber takviyeli polimer yapıların elektriksel iletkenliklerinin düşük olması, yıldırım akımına maruz kaldıklarında aldıkları hasarı önemli ölçüde arttırmaktadır. Yıldırımın birden fazla doğrudan etkisi olsa da hasar miktarında en büyük rolü oynayan etkilerinden biri joule ısınmasıdır. Joule ısınmasının sebep olduğu sıcaklık artışı ile kompozit malzemedeki reçine ve fiber yapıların belirli sıcaklıkların üstünde hal değiştirmesinden kaynaklı katmanlarda ayrışmalar meydana gelmektedir. 
Yıldırımın doğrudan etkisi nedeniyle meydana gelen hasarın değerlendirilmesi için, hava aracı yapısal parçalarını birebir simüle eden panellere standart akım formları uygulanarak hasar analizi yapılmaktadır. Bu çalışmada, yıldırım koruması için kompozit üzerine kaplanan metal folyoların etkinliği, kompozit panel boyutundaki değişikliklerin ve kompozit yapıyı meydana getiren katmanlardaki dizilimlerin yıldırım test sonuçlarına etkisi, bağlı elektriksel-termal analizlerle ortaya koyulmuştur.

Abstract:
Lightning strikes pose a significant safety issue due to the damage they inflict on aircraft structures and avionics equipment. Due to the relative speed at which aircraft travel through a lightning channel, the lightning strikes sweep along the aircraft structure starting from the initial point of contact and exit at various points. The intensity of the lightning strike varies between the initial strike and subsequent strikes. Aircraft lightning strike zoning is implemented due to the decreasing intensity of lightning strikes. Determining the initial contact points of lightning is crucial for lightning strike zoning. In this study, using an F-16 aircraft model, an analysis of the initial contact points of lightning strikes has been conducted. This analysis aims to identify which areas of the aircraft are exposed to which lightning current waveform, thereby evaluating the damage caused by lightning and developing appropriate protective measures.
In the majority of aircraft structural components, the use of metal has increasingly been replaced by carbon fiber reinforced polymers. The low electrical conductivity of these carbon fiber reinforced polymer structures significantly increases the damage they sustain when exposed to lightning currents. While lightning has multiple direct effects, one of the most influential factors in the extent of damage is joule heating. The temperature rise caused by joule heating leads to delamination in the layers due to the resin and fiber structures undergoing phase changes above certain temperatures in composite materials.
To evaluate the damage caused by direct lightning effects, damage analysis is conducted by applying standard current forms to panels that simulate the aircraft's structural components. In this study, the effectiveness of metal foils coated on composites for lightning protection, the effects of changes in composite panel size, and the ply configurations that constitute the composite structure on lightning test results have been demonstrated through coupled electrical-thermal analyses.