Havacılık sektöründe yer alan turbojet motorlarındaki rulmanların malzeme optimizasyonu
Optimizing the Material Composition in Turbojet Bearings
Yazar: BÜŞRA GÖRMÜŞ
Danışman: DOÇ. DR. CEM AKÇA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Kompozit malzemeler = Composite materials ; Polimer malzemeler = Polymer materials ; Çelik malzemeler = Steel materials

Özet:
Bu çalışma, havacılık endüstrisinde kritik önem taşıyan turbojet motorları
içerisinde kullanılan rulmanların malzeme özellikleri ve bu optimizasyonu ele
almaktadır. Turbojet motorları, havacılık alanında kullanılan jet motorlarının bir
çeşidi olup, hava girişinden alınan havayı sıkıştırıp yakıtla birleştirdikten sonra
yüksek hızda egzoz jeti üreterek itki sağlarlar. Motorun bu dinamik işleyişi,
rulmanların etkin ve verimli performansına büyük ölçüde bağlıdır. Rulmanlar,
motorun hareketli parçalarının düzgün bir şekilde dönmesini sağlayarak sürtünmeyi
azaltır, enerji kaybını minimize eder ve hareketli parçalar arasındaki aşınmayı
önler.Bu bağlamda, rulmanların malzeme seçimi, yüksek sıcaklık ve yük
koşullarına dayanıklılık, aşınma direnci ve hafiflik gibi kritik faktörler
içermektedir. Rulmanın en önemli bileşenlerinden biri olan kafes parçası, dönen
parçanın yükünü rulmanın diğer parçalarına eşit şekilde dağıtarak,aşınma ve
yıpranmayı azaltır. Bu özelliğiyle kafes parçası, rulmanın performansını doğrudan
etkileyen bir faktördür. Kafesten beklenen özellikler arasında hafiflik, yüksek
sıcaklık ve yük koşullarına dayanıklılık, aşınma direnci bulunur. Günümüzde
rulman kafeslerinde sıklıkla kullanılan malzemeler arasında krom çeliği, paslanmaz
çelik ve bazı durumlarda metal kaplama gibi malzemeler yer alır.
Bu çalışma, rulman kafes malzemeleriniiçin mevcutta kullanılan AISI 4340 metal
malzemesinin analizini yapılarak bu malzemelerin turbojet motorlarının zorlu
gereksinimlerini nasıl karşıladığını ve potansiyel iyileştirmeler için hangi yolların
izlenebileceğini tartışmaktadır. Özellikle, PEEK esaslı kompozit malzemelerin
kullanımı, mevcut metal alaşımların yerine geçebilecek alternatifler olarak
değerlendirilir. Bu malzemelerin hafiflik, yüksek sıcaklık ve yük dayanıklılığı,
aşınma direnci gibi özellikleri, turbojet motorlarının daha verimli ve güvenilir bir
şekilde çalışmasına katkıda bulunabilir.

Abstract:
turbojet engines, which are of critical importance in the aviation industry. Turbojet
engines, a type of jet engine utilized in aviation, function by compressing incoming
air, combining it with fuel, and producing high-speed exhaust jets to generate thrust.
The dynamic operation of the engine is heavily reliant on the efficient and effective
performance of bearings. Bearings facilitate the smooth rotation of the engine's
moving parts, reduce friction, minimize energy loss, and prevent wear between the
moving components. In this context, the selection of bearing materials involves
critical factors such as resistance to high temperature and load conditions, wear
resistance, and lightweight properties.
One of the most crucial components of the bearing is the cage, which distributes the
load of the rotating part evenly across other parts of the bearing, thereby reducing
wear and tear. The performance of the bearing is directly influenced by the
characteristics of the cage. The expected properties of the cage include lightweight,
resistance to high temperature and load conditions, and wear resistance. Currently,
materials frequently used in bearing cages include chrome steel, stainless steel, and
in some cases, materials with metal coatings.This study analyzes the AISI 4340 metal material currently used for bearing cages,
discussing how this material meets the stringent requirements of turbojet engines
and exploring potential pathways for improvement. In particular, the use of PEEKbased
composite materials is evaluated as an alternative to existing metal alloys.
The properties of these materials, such as lightweight, high temperature and load
resistance, and wear resistance, could contribute to more efficient and reliable
operation of turbojet engines.