Hava araçlarındaki elektriksel bağlama noktaları arasındaki direnç değişimlerinin sıcaklık, nem ve kimyasallara göre analizleri
Analysis of resistance changes between the electrical bonding points on air vehicles according to temperature, humidity and chemicals
Yazar: ÖMER BAĞCI
Danışman: DOÇ. DR. YAVUZ SARI
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Hava araçları üzerinde, uçuş esnasında kar, buz, nem ve bulut temasıyla oluşan sürtünmeden ve bununla birlikte aviyonik cihazların çalışmasından dolayı statik elektrik oluşmaktadır. Uçuş sırasında ya da yerde yıldırım düşmesi sonucu hava araçları üzerinde yüksek elektrik akımı meydan gelmektedir. Oluşan bu istenyemen akımların etkilerini en aza indirmek, mürettebat ve yolcuların olumsuz etkilerini önlemek, yapısal parçalar ve aviyonik cihazların zarar görmelerini engellemek için hava aracı üzerinde bir faraday kafesi oluşturulur. Bunun için hava aracının iletken yapısal parçaları elektriksel bağlama yöntemi kullanılarak birleştirilir. Bu sayede hava aracı gövdesinde bir şase bağlantısı oluşturularak daha az kablo kullanımı, ağırlığın azaltılması ve faydalı yükün arttırılması sağlanmaktadır. Elektriksel bağlama noktalarına ait direnç değerlerinde oluşabilecek bir artış, özellikle uçuş kontrol, navigasyon ve haberleşme gibi bir çok sistemde arızalara neden olmaktadır. 
Bu çalışmada hava araçlarında kullanılan iletken yapısal parçaların üzerinde oluşturulan elektriksel bağlama noktalarına ait direnç değerlerinin, sıcaklık ve nem değişimi ile yakıt ve hidrolik gibi kimyasallarla teması sonrasında gerçekleşen değişimlerinin tespiti amaçlanmıştır. 2024 ve 7075 Alüminyum alaşım, AMS5510 Çelik, AMS4902 Titanyum, bakır nikel alaşımlı mesh ile kaplı karbon fiber kompozit ve CHO-SHIELD 2002 iletken bakır poliüretan boya ile boyanmış bir karbon fiber sandviç kompozit kullanılarak test numuneleri hazırlanmıştır. Test numuneleri üzerinde direkt bağlama yöntemi ve dolaylı bağlama yöntemi ile elektriksel bağlama noktaları oluşturulmuştur. Bu elektriksel bağlama noktalarının direnç değerlerinin sıcaklığa bağlı değişimlerinin tespiti için test numuneleri -40 °C ile 60°C arasında dokuz farklı sıcaklık değerinde ikişer saat bekletilerek ölçümler alınmıştır. Direnç değerlerinin neme bağlı değişimlerin tespiti için 25% rH ile 93% rH nem aralığında yedi farklı nem değerinde on ikişer saat bekletilerek ölçümler alınmıştır. Direnç değerlerinin kimyasallarla temasa bağlı değişimlerinin tespiti için bağlantı noktalarına yakıt ve hidrolik teması sağlanarak iki saat ve on iki saat sonra ölçümler alınmıştır. 
Ölçümler sonucunda her bir yapısal parçanın üzerinde oluşturulan elektriksel bağlama noktalarına ait direnç değerlerinin çevre koşullarının değişiminden farklı oranlarda etkilendiği tespit edilmiştir. Bu değişim oranlarının, sıcaklık testlerinde % 23 ile % 152 arasında, nem testlerinde % 8 ile % 134 arasında ve kimyasallarla temas testinde % 17 ile % 535 arasında olduğu tespit edilmiştir. Bu sonuçlardan yola çıkılarak yapısal parçaların elektriksel bağlama açısından uygun kullanım alanları için önerilerde bulunulmuştur. Ayrıca kritik sistemlere ait bağlama noktaları için periyodik kontrole tabi tutulması ve limit dışına çıkan bağlantıların yenilenmesi önerilmiştir.

Abstract:
During flight, static electricity occurs on aircraft due to friction caused by contact with snow, ice, moisture and clouds, as well as the operation of avionic devices. High electrical current occurs on aircraft as a result of lightning strikes while flying or on the ground. A Faraday cage is created on the aircraft to minimize the effects of these unwanted currents and to prevent damage to the crew, passengers, structural parts and avionic devices. For this purpose, the conductive structural parts of the aircraft are combined with each other using the electrical bonding method. In this way, a chassis connection is created in the aircraft body. Thus, by using less cable, weight is reduced and useful load is increased. An increase in the resistance values of electrical connection points causes malfunctions in many aircraft systems, especially flight control, communication and navigation systems. 
In this study, it was aimed to determine the changes in the resistance values of the electrical bonding points created on the conductive structural aircraft parts after temperature and humidity changes and contact with chemicals such as fuel and hydraulics. For this study, test samples were prepared using 2024 and 7075 Aluminum alloy, AMS5510 Steel, AMS4902 Titanium, carbon fiber composite covered with copper nickel alloy mesh and a carbon fiber sandwich composite painted with CHO-SHIELD 2002 conductive copper polyurethane paint. Of these test samples, electrical bonding points were created on four metal parts using the direct bonding method, and on two composite parts using the indirect bonding method and bonding strap. In order to determine the changes in the resistance values of these electrical connection points depending on temperature, measurements were taken by keeping the test samples at nine different temperature values between -40 °C and 60 °C for two hours each. In order to determine the changes due to humidity, measurements were taken by keeping it in the humidity range of 25% rH and 93% rH for twelve hours. In order to determine the changes in resistance values depending on humidity, measurements were taken by waiting for twelve hours at seven different humidity values between 25% rH and 93% rH. In order to determine the changes in resistance values due to contact with chemicals, fuel and hydraulic  contact was provided to the connection points and measurements were taken after two and twelve hours. 
As a result of the measurements, it was determined that the resistance values of the electrical connection points of each structural part were affected at different rates by the change in environmental conditions. These change rates had been measured between 23% and 152% in temperature tests, 8% to 134% in humidity tests, and 17% to 535% in chemical contact tests. Based on these results, suggestions have been made for suitable areas of use of structural parts in terms of electrical connection. It is also recommended to periodically check the electrical connection points of critical systems. It is recommended to renew the connections measured out of limit.