Evaluation of the usability of metal-coated fiber-reinforced composite in lightning protection
Metal kaplamalı fiber takviyeli kompozitin yıldırım korumada kullanılabilirliğinin değerlendirilmesi
- Tez No: 989577
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BUĞRA ÇİÇEK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Üretim Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Gelişen havacılık endüstrisinde, hem yıldırım çarpmasına karşı koruma etkinliği sağlayabilmek hem de hafiflik hedefine ulaşmak için metal bazlı yıldırım koruma LSP (Lightning Strike Protection) sistemleri hakkında kapsamlı çalışmalar yapılmıştır. Bu metal bazlı çözümlerinin başında, metal ağ yapıları gelmektedir. Metal ağ yapısının hibrit kompozitte kullanımıyla da yıldırım önleme çözümü sağlanabilmektedir. Ancak bu ağ yapıları oldukça ince olduğundan, yıldırım darbesi sonrasında yüzeyde metalin erimesiyle ardışık yıldırım darbelerine karşı yüzeyi savunmasız bırakmaktadır. Bu, yıldırıma uğrayan parçada kalınlık boyunca elektriksel iletkenlik özelliği gereksinimi doğurmaktadır. Bu çalışmada, kalınlık yönündeki iletkenliği incelemek amacıyla yapılan elektriksel iletkenlik ölçüm sonuçlarında alüminyum fiber-epoksi kompozitin kalınlık yönündeki iletkenliği daha yüksek olduğu ölçülmüştür. Hazırlanan metal fiber epoksi numunenin SEM analizinde, alüminyum basalt fiberin bir tarafının alüminyum kaplamalı olduğu görülmüştür. Fiberin tamamının kaplanmış versiyonuyla daha iyi elektriksel iletkenlik sonuçları alınabileceği öngörülmektedir. Çekme testi sonuçlarında, Vf:%30 olan Al-kaplamalı fiber epoksi kompozitin Young Modulu ~12000 MPa ölçülmüştür. Karışımlar kanununa göre hesaplanan xvii değerden (E ≈ 19 000 MPa) düşük bulunmuştur. Bunun sebebinin epoksi arayüzey sorunlarının olabileceği öngörülmektedir. Ancak fiber matris ara yüzey iyileştirmesi ile mukavemet değerlerinin benzer fiber/hacim oranındaki bazalt ve cam fiber/epoksi kompozitlerle karşılaştırılabileceği öngörüsü yapılmıştır. Alüminyum fiber kaplamalı epoksi kompozit numunenin EMI kalkanlama performansı VNA Analizör Cihazı ile incelenmiş olup S21 ölçümünde 8-12 um dalgaboyunda -40 dB'ye kadar kalkanlama ölçülmüştür. SAE ARP5412 ve SAE ARP 5416 standartlarına uygun olarak gerçekleştirilen yıldırım testi kapsamında, A dalga formunda 40 kA ve 44 kA akım darbeleri uygulanmış ve metal kaplamalı bazalt fiber-epoksi kompozit numunenin yaklaşık %5 oranında deformasyon gösterdiği tespit edilmiştir. Test sonuçları, malzemenin kalınlık yönündeki yüksek elektriksel iletkenliğinin yıldırım akımını katmanlar boyunca etkin şekilde dağıtarak yüzeydeki hasarı sınırladığını ve enerji yayılımını optimize ettiğini ortaya koymuştur. Elde edilen bulgular ile yıldırım koruma uygulaması için umut vaad eden, havacılık endüstrisinin gereksinimlerini karşılayabilecek daha ileri düzey kompozit malzemelerin tasarımına ışık tutulması öngörülmektedir.
Özet (Çeviri)
In the aviation industry, comprehensive studies have been conducted on metal-based lightning protection LSP (Lightning Strike Protection) systems to both provide effective protection against lightning strikes and achieve lightweight performance. Metal mesh structures are among the most prominent of these metal-based solutions. Lightning protection can also be achieved through the use of metal mesh in hybrid composites. However, these mesh structures are quite thin, leaving the surface vulnerable to subsequent lightning strikes due to metal melting after a lightning strike. This necessitates the need for electrical conductivity throughout the thickness of the affected part. In this study, electrical conductivity measurements conducted to examine through-thickness conductivity revealed that the aluminum fiber-epoxy composite had higher through-thickness conductivity. SEM analysis of the prepared metal fiber epoxy sample revealed that one side of the aluminum basalt fiber was aluminum-coated. It is anticipated that better electrical conductivity results could be achieved with a fully coated version of the fiber. In the tensile test results, the Young's Modulus of the Al-coated fiber-epoxy composite with a Vf of 30% was measured as ~12,000 MPa. It was found to be lower than the value calculated according to xv the law of mixtures (E ≈ 19,000 MPa). This is predicted to be due to epoxy interface problems. However, it is predicted that with improved fiber-matrix interface, the strength values will be comparable to basalt and glass fiber/epoxy composites with similar fiber-to-volume ratios. The EMI shielding performance of the aluminum fiber-coated epoxy composite sample was examined with a VNA Analyzer, and shielding down to -40 dB was measured at 8-12 μm wavelengths in the S21 measurement. As part of the lightning test conducted in accordance with SAE ARP5412 and SAE ARP 5416 standards, 40 kA and 44 kA current pulses were applied in the A waveform, and the metal-coated basalt fiber-epoxy composite sample was found to have deformation of approximately 5%. Test results revealed that the material's high through-thickness electrical conductivity effectively distributes lightning current throughout the layers, limiting surface damage and optimizing energy dissipation. These findings are expected to inform the design of more advanced composite materials that hold promise for lightning protection applications and meet the requirements of the aerospace industry.
Benzer Tezler
- Development of multi-capsule endoscopy locomotion via spring-assisted distance management
Yay destekli mesafe kontrolü ile çoklu kapsül endoskopi lokomosyonunun geliştirilmesi
ERFAN PARSAEI
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ONUR FERHANOĞLU
- Van Gölü havzasında yetişen saz (Typha angustifolia L.) bitkisinin yapısındaki bazı ağır metal (As, Co, Cr, Cd, Cu, Pb, Zn, P, S) miktarlarının çevresel toksisite açısından ölçülmesi ve poliüretan endüstrisinde kullanılabilirliğinin değerlendirilmesi
Measuring the amounts of some heavy metals (As, Co, Cr, Cd, Cu, Pb, Zn, P, S) in the structure of sedge (Typha angustifolia L.) plant growing in the Van Lake basin in terms of environmental toxicity and evaluation of usability in polyurethane industry
SONGÜL APARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
KimyaVan Yüzüncü Yıl ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ TÜLAY GÜRSOY
- Nadir toprak elementi seryum'un toksisitesinin değerlendirilmesinde model canlı olarak Phanerochaete chrysosporium'un kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of the usability of Phanechate chrysproium as a model live for evaluation of toxicity of rare earth element cerium
ABDULHAMİT HAN ÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Çevre MühendisliğiMunzur ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURAN CIKCIKOĞLU YILDIRIM
- Nano-alüminyum oksit sentezi ve adsorban olarak kullanılabilirliğinin değerlendirilmesi
Synthesis of nano-aluminum oxide and evaluation of its usability as an adsorbent
MELİKE OCAK ÖZKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaTemel İşlemler ve Termodinamik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NİLAY BAYLAN GÜLSOY
- Pem yakıt hücrelerinde kompozit bipolar plakaların üretiminde grafen kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of the usability of graphene use in the production of composite bipolar plates for pem fuel cells
YASİN AKIN
Doktora
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ÖZSERT
DOÇ. DR. HÜSEYİN KAHRAMAN