Havacılıkta Akıllı Malzemeler

Bu malzemeler şekil değiştiriyor, kendini denetliyor ve gerekirse tamir ediyor.

Günümüz teknolojisi durmaksızın artan bir ivmeyle gelişmeye devam ederken, insanoğlu yenilikleri bir an önce faydalı bir şekilde günlük yaşama aktarmanın peşinde koşturuyor. Her geçen gün farklı yenilikler modern insanın hayatına dinamik katmakla kalmıyor, bazı noktalarda da hayata yön verebiliyor. Örneğin, son zamanlarda nanoteknoloji alanında, eskiden hayal bile edilemeyecek gelişmeler yaşanıyor.
Nanometre bir metrenin milyarda biridir. Saç telinin 80 binde biri büyüklüğündeki detaylara inmeye imkân sağlayan bu bilim dalı, malzeme biliminin ilerlemesinde büyük rol oynuyor. Günlük hayatta kullanılan gereçlerden tutun da, elektronikte çokça kullanılan silikon yongalara kadar geniş bir yelpazeyle ilgilenen malzeme bilimi, son zamanlarda akıllı malzemeler üretiminde büyük bir çıkış yakalamış durumda. Her türlü sektör ve amaç için ayrı ayrı geliştirilen akıllı malzemeler, hava-uzay alanında da çeşitlenen uygulamalarla bir kez daha odak noktası olmayı başarıyor. Artık devir, çevre koşullarına göre şekil değiştirebilen, moleküler düzeyde yorulmaları denetleyebilen, kendi kendini tamir edebilen malzemelerin devri…

Bukalemun Kanatlar Doğuyor

Akıllı malzemelerin havacılık sektöründe kullanılmasının getireceği yararların öngörülmesiyle birlikte, dünyada birçok araştırma merkezi bu konuyla ilgili ileri araştırmalar yapmaya başladı. Havacılığın uzun vadedeki geleceğinin bu yolda ilerleyeceği, uzman merciiler tarafından büyük bir olasılık olarak hesaplanıyor. Bahsi geçen amaçlara yönelik tasarlanmış malzemeler ile birlikte, çevre koşullarına (basınç, sıcaklık) bağlı olarak şekil değiştirebilen veya şekillerine dışarıdan bir etkiyle (elektrik) müdahale edilebilen yapılar elde edilebiliyor.
Bu yapıların havacılık alanında kullanımı büyük yeniliklere yol açacaktır. Bugün bilim adamları profil değiştirebilen kanatlar geliştirmiş durumdalar. Getirdiği en önemli yararlar ekonomik yararlar olarak görünüyor. Pist inişe müsait olmadığı için turlayan bir uçak bu turu mümkün olduğu kadar düşük motor gücüyle gerçekleştirmek için kanat profil şeklini optimum bir şekle çekebilir. Bezner şekilde, değişen kanat profili sayesinde kısa kalkış ve iniş mesafesi, kısa alçalma menzili gibi özellikler uçağın nitelikleri arasında yer bulabilecektir. Böylece uçak işletim maliyetlerinde azalmalar görülecektir.

Kontrol Yüzeyi Olmayan Uçaklar

Kontrol yüzeyi olmayan bir uçağı uçurmak havacılıkla az çok ilgilenen insanların ilk duyduğunda olasılık dışı kabul edebileceği bir iddia. Aslında “kontrol yüzeyi yok” demek pratik açıdan yanlış olabilir. Kanatlardan bağımsız hareket eden, kontrol yüzeyleri olmadan kararlı uçabilen bir uçak dersek daha anlatmak istediğimizi doğru bir şekilde vurgulayabiliriz. Bu tip bir teknolojiye sahip olup uçabilen bir uçağa örnek olarak Amerika Birleşik Devletleri’nin Alabama eyaletindeki Auburn Üniversitesi’nin Mothra adlı küçük modelini verebiliriz. Aileron (yatırgaç) ve flap (kanatçık) gibi geleneksel aerodinamik kontrol yüzeyleri barındırmayan uçağa, şekilleri uçuş sırasında değiştirilebilen, kuyruk düzlemi ve kuyruk kanatları yön veriyor. Şekil değiştirebilen bu parçaların malzemeleri, farklı akımlara farklı tepkiler veren akıllı malzemelerden üretiliyor. Uçağı geliştiren takımın başında bulunan Ron Barrett, “Uçak parçalarının şekil değiştirerek, uçağa yön verme vasfı kazanması fikrinin ilk örneği olan uçağımızın tasarımında, uçağın amacına ulaşması adına çok fazla detaydan kaçındık” diye vurguluyor.

Yeni Parçalar Kendi Kendilerini Denetliyor

Günümüz şartlarında, sık ve uzun yapılan uçuşlar beraberinde, uçaklara yapılan bakımlara hayati bir önem kazandırıyor. Havayolları mutlaka uygulanması gereken periyodik bakımları, herhangi bir arıza durumunda gündeme gelen bakımları ya kendi bünyesinde ya da başka bir havayolunun teknik biriminde gerçekleştiriyor. Uçakların taşıdığı insan sayısının artmasıyla birlikte, uçak parçalarına yapılan bakımların ve testlerin titizliği artmak zorunda kalıyor. Belirli uçuş aralıklarında demonte edilen uçak parçaları, çeşitli teknolojik yöntemlerle ayrı ayrı inceleniyor. Bu incelemelerin sonucunda kimi zaman yüksek hızlarda kötü hava şartlarına maruz kalan parçalarda, yorulmaların ve moleküler boyutta çatlakların oluştuğu gözlemleniyor. Yeni nesil akıllı malzemelerin uçak parçalarında kullanılmasıyla birlikte, uzun süren parça testleri ve bakımları tarihe karışıyor. Uçuş süresince uçağın üzerindeki kuvvet dağılımlarını ve değişimlerini gözlemlemeye olanak verecek olan teknoloji kapıya dayanmış durumda. Işığa duyarlı optik iplikler, karbon fiber plastiklerin içine gömülebiliyor. Parçanın herhangi bir bölgesinde, ışığın geçiş miktarını algılayan yani sensör görevi gören iplikler, insan vücudundaki sinir ağları gibi çalışıyor. Optik ipliklerin uçak parçalarında kullanılmaya başlanmasından önce, gömülü oldukları malzemelerin dayanıklılığını olumsuz yönde etkilemediklerinin kanıtlanması gerekiyor.

Optik ipliklerin uçaklar üzerinde kurduğu bilgi toplama ağlarının gündeme gelmesi beraberinde bir takım olumsuzluklar getiriyor. Bunlardan en önemlisi on binlerce algı noktasının, saniyede milyonlarca veri okuması. Bahsettiğimiz büyüklükteki verilerin analiz edilip, depolanması günümüz süper-bilgisayarlarının bile zorlukla başa çıkabildiği bir iş. Bu nedenle, insan vücudunu örnek alan mühendisler, her verinin, işlem merkezine gitmesine gerek olmadığına karar vermişler. Tıpkı insan vücudunda olduğu gibi, sinirlerin uyarılması için gereken eşik değerleri, optik fiberler için de ortaya çıkıyor. Dolayısıyla önem derecesine göre süzgeçten geçirilen veriler, istenen özellikte bilgileri taşıdıklarından emin olunduğunda işleme alınıyor ve depolanıyorlar.

Bu yeni teknolojinin sunduğu kendi kendini gözlemleyebilen parçalar, ticari kullanım için mükemmelleştirildiğinde, havayollarının bakım için harcadıkları paranın yaklaşık olarak yarıya düşeceği ön görülüyor. British Airways’in 60 filodan oluşan Boeing filosunu sorunsuz bir şekilde uçurmak için 1200 teknisyen çalıştırdığını ve bu teknisyenlerin belirli uçuş aralıklarında uçaklara periyodik testler yaptıklarını göz önüne alırsak, bakım masraflarının yarıya düşme öngörüsünü somut bir örnek ile destekleyebiliriz.

Kendini Yenileyebilen Malzemeler

Uçakların yüksek hızlarda uçma kabiliyetine sahip olmasıyla birlikte, gövdede veya kanatlarda meydana gelen ufak bir çatlak çok büyük risk taşıyor. Çatlaklar veya kırıklar uçuş sırasında gereğinden fazla sürüklemeye neden olabiliyor, hatta taşıma kuvvetinde bile kontrol dışı değişiklikler yaratabiliyor. Yıllarca kırıklardan veya çatlaklardan meydana gelen kazaları inceleyen bilim adamları ve araştırmacılar, kazaları önleyebilmek için yerinde müdahalenin üzerinde çalışmalar yapmaya başladılar. Illinois Üniversitesi’nde Dr. Carolyn Dry, hasar görmüş parçaların anında onarılmasına olanak sağlayan malzemeler üzerinde çalışmalar yürütüyor. Dry ve ekibi yapışkan ve plastik gibi malzemeleri, çok küçük cam ya da karbon iplikler içine doldurarak, onarılması istenen parçaların malzemelerine gömüyorlar. Hasar meydana geldiği anda içlerindeki onarıcı maddeyi çatlak veya kırıklara salan küçük tüpler, nanoteknoljinin geldiği son noktaların kanıtı olmakla kalmıyor, malzeme biliminin ne kadar faydalı olduğuna parmak basıyor.

Hasan Çetiner / Aviation Türk, Sayı 3