Aerospace metamaterials and functional coatings
Havacılık metamalzemeleri ve fonksiyonel kaplamalar
- Tez No: 918404
- Danışmanlar: PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR, DR. NURSEV ERDOĞAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Savunma ve Savunma Teknolojileri, Defense and Defense Technologies
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 120
Özet
Optik geçirgen ve elektriksel iletken ince film kaplamalar, mobil telefonlar, ekranlar, dedektörler ve LED'ler gibi çeşitli yüksek teknoloji platformlarının yüzeylerini işlevselleştirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Kaplamaların kanopiler, ön camlar ve pencereler gibi havacılık saydamlarına buz çözme amaçlı entegrasyonu yaygın olarak bilinmektedir. Ancak, bu tür ince film kaplamaların elektromanyetik girişim (EMG) kalkanlama, düşük görünürlük (DG) ve solar koruma özellikleri hakkında sınırlı rapor veya bilgi bulunmaktadır. Bu tezin amacı, EMG kalkanlama, DG ve solar radyasyon koruma özelliklerini bir arada bulunduran optik olarak saydam havacılık yapılarını incelemek ve gösterimini yapmaktır. Bu amaçla, bu tezde, yüksek elektriksel iletkenlik gerektiren ve bunun sonucunda optik ve DG performansını azaltan yüksek EMG kalkanlama ve solar koruma elde etme problemine odaklanılmıştır. Saydam mühendislik polimerleri, gelişmiş mekanik performansları sayesinde havacılıkta yapısal parçalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, kaliteli filmler yüksek sıcaklık gerektiren işlemler gerektirirken, bu durum saydam havacılık yapıları için uygulanabilir değildir. Bu nedenle, katmanlı film mimarisi, gelişmiş havacılık saydamlarının gereksinimlerini karşılamak için uygulanabilir. Bu amaçlar doğrultusunda tezde, sayısal ve deneysel yöntemler kullanarak tabakalı filmler ve bunların desenli versiyonları esas alınarak yüzeyi modifiye edilmiş monolitik ve lamine havacılık saydamları tasarlanmıştır. Havacılık saydamlarının tasarımı için hem optik hem de elektromanyetik gereksinimleri içeren sayısal yaklaşımlar geliştirilmiş ve doğrulanmıştır. Havacılık saydamları üzerinde geniş alanda homojen ince film kaplamaları için deneysel çalışmalar başarıyla gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, düzlemsel yapılarda minimum optik kayıplarla EMG kalkanlama ve solar koruma performansının elde edildiğini ortaya koymuştur. Optik, solar koruma ve EMG kalkanlama performansını mümkün olduğunca iyileştirmek amacıyla monolitik yapılar yerine kavisli veya lamine saydam yapılar üzerine uygulanan prototiplerde DG gereksinimi incelenmiştir. Düzlemsel filmlerin yüzeyi desenlenerek oluşturulan metamalzemelerin, monolitik yapılarla karşılaştırıldığında bant genişliği ve sönümleme açısından DG performansını artırdığı gösterilmiştir. Bu çok işlevli ince film kaplamalar havacılıkta, özellikle yüksek performanslı 5. nesil savaş uçakları ve diğer sivil uygulamalarda vazgeçilmezdir. Bu tez, görünür, kızılötesi ve mikrodalgalar da dahil olmak üzere farklı alanlarda ince film kaplı havacılık saydamlarının çok işlevli kullanımını büyük ölçeklerde mümkün kılacak tasarımların önünü açmaktadır. Deneysel geniş alan kaplama yöntemi, endüstriyel düzeyde metamalzeme uygulamalarının sınırlamalarını ortadan kaldırmak için geniş ve karmaşık bir alanın kaplanmasına rehberlik etmektedir. Bu tezdeki bulguların, geleneksel düzlemsel ince film kaplamaların yerine endüstriyel ölçekte metamalzemelerin kullanılmasına katkı sağlayarak, geleneksel muadillerinden daha yüksek performans sağlayacağına inanılmaktadır.
Özet (Çeviri)
Optically transparent and electrically conductive thin-film coatings are widely used to functionalize surfaces of various high-technology platforms, including mobile phones, displays, detectors, and LEDs. Their integration into aviation transparencies, such as canopies, windshields, and windows, is widely known and used for de-icing purposes. However, there are limited reports or information available about using such thin-film coatings for electromagnetic interference (EMI) shielding, low observability (LO), and solar irradiation protection features. This thesis aims to study and demonstrate optically transparent aviation structures possessing the properties of EMI shielding, LO features, and solar radiation protection altogether. To this end, in this thesis, we specifically addressed the problem of achieving high EMI shielding and solar protection, which require high electrical conductivity, resulting in a trade-off reducing the optical quality and LO performance. Transparent engineering polymers are widely used in structural parts in aviation thanks to their enhanced mechanical performance. However, good-quality films require high-temperature processes, which is not applicable to transparent aviation structures. Therefore, the architecture of layered films can be applied to meet the requirements of well-featured aviation transparencies. For these purposes, in the thesis we also designed monolithic and laminated aviation transparencies with surface modification based on stratified films and their patterned ones using numerical and experimental methods. We developed numerical approaches for the design of aircraft transparencies, including both the optical and electromagnetic requirements and validated our results. We successfully conducted experimental studies for uniform large-area thin-film coatings onto aviation transparencies. The results revealed that EMI shielding and solar control performance were achieved with minimal optical losses for planar structures. LO requirement was incorporated into prototypes built on curved or laminated transparent structures instead of monolithic ones to sustain optical, solar protection, and EMI shielding performance to a possible extent. We showed that the low observability performance of such patterned structures, the metamaterials, is enhanced in terms of bandwidth and attenuation compared to the planar thin-film-coated monolithic counterparts. These multi-functional thin-film coatings are essential in aviation, especially for high-performance 5th-generation fighter jets and other civil applications. This thesis paves the way for thin-film-coated transparent aviation structure designs across different domains, including visible, infrared, and microwaves, to enable their multi-functionality at large scales. The experimental large-area coating method guides the coating of a large and complex area to remove the limitation of metamaterial applications at the industrial level. We believe that our findings in this thesis will help to replace traditional planar thin film coatings with metamaterials at the industry scale, aiming to outperform traditional counterparts.
Benzer Tezler
- Design of multifunctional architected cellular structures under dynamic loads
Dinamik yükler altında çok fonksiyonlu mimarilendirilmiş hücreli yapıların tasarımı
ZANA EREN
Doktora
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU
- Havacılık ve uzay uygulamaları için antenler ve metamalzemeler
Antennas and metamaterials for aerospace applications
SERAP KİRİŞ TARHAN
Doktora
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİskenderun Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHARREM KARAASLAN
- Şok ve titreşim azaltımı için çift negatif elastik metamalzemelerin geliştirilmesi
Development of double negative elastic metamaterials for shock and vibration mitigation
TUBA BAYGÜN
Doktora
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiEge ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET SARIKANAT
- Advanced concepts of piezoelectric patch-based energy harvesting and locally resonant bandgap formation in thin plates
Pirometredeki piezoelektrik yama tabanlı enerji toplama ve lokal rezonant bandgap oluşumunun ileri kavramları
AMIRREZA AGHAKHANI
Doktora
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. IPEK BASDOGAN
- Parametric investigation of mechanical properties for laser powder bed fusion processed Inco718 auxetic metamaterials
Lazer toz yatak füzyonu ile üretilen Inco718 auxetic metamalzemelerin mekanik özelliklerinin parametrik incelenmesi
KUBİLAY ÖZGÖNÜL
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HACI ABDULLAH TAŞDEMİR