Bir Helikopter Kompozit Kuyruk Konisi Üretimi Ve Karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmanın amacı karbon fiber kompozit malzeme ile üretilmiş bir helikopter kuyruk konisinin mekanik ve kimyasal özelliklerini incelemektir. Kompozit malzemenin havacılık sektöründe sıklıkla tercih edilmesinin en önemli sebebi mukavemet/ağırlık oranının yüksek olmasıdır. Havacılık ve uzay teknolojisinde yapılan yenilikler, araştırma geliştirme programlan, tüm dikkatleri, yüksek dayanımlı, hafif ve kolayca denetlenip isteni¬len yönde ayarlanabilen mekanik özelliklere sahip, tak¬viyeli plastik malzemeler üzerinde yoğunlaştırılmıştır. Hafiflik, güçlülük, uçuş menzilinin ve yük kapasi¬tesinin artması, hizmet süresinin uzun olması korozyon direnci, bakım onarım imkânı ve uygulamaya konulacak teknik yenilikler bakımından kompozit malzemeler, askerî ve sivil uçaklarda giderek artan oran¬larda kanat, gövde, yatay/dikey dengeleyiciler, helikopter pervane ve milleri ve diğer bölümlerde yay¬gın olarak kullanım alanına girmişlerdir. Bu çalışmada bir insansız hava aracı için tasarlanan kuyruk konisi polimer matrisli kompozit malzemeden üretilmiştir. Karbon fiberle güçlendirilmiş epoksi matrisli kompozit malzeme kuyruk konisi üretimi için kullanılmıştır. Ayrıca çift yönlü karbon fiber arasına bal peteği kullanılmıştır. Orijinal kuyruk konisi üretimi yapılmadan önce iki farklı özellikte modeller yapılmıştır. Modellerin boyutu yaklaşık olarak 50 cm olup yarı konik yapıdadır. Yapılan modellerden biri 3 kat karbon fiber ve 16 cm aralıklarla konulan 4 kat karbon fiberli yapı, diğeri ise 2 kat karbon fiber arasına bal peteği ile güçlendirilmiş yapılardır. İki farklı model kuyruk konisinde yapılan deneyler sonucunda daha iyi eğilme ve eğilmeli burulma özelliği gösteren bal petekli yapının orijinal kuyruk konisi üretimi için uygun olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca 2 kat karbon fiber arasına bal peteği ile güçlendirilen yarı konik yapının daha hafif olduğu tespit edilmiştir. Hafiflik havacılık sektörü için önemli bir özellik olduğundan dolayı dikkate alınmıştır.

This thesis presents manufacturing an unmanned helicopter composite tail boom and associated with mechanical tests. The tail boom effectively couples two masses together; the main rotor and the tail rotor. These each constitute both static and dynamic forces. Because it is long to obtain the enough distance between the tail rotor and the main rotor, the materials used for manufacturing the tail boom needs to be a lightweight material. A hand lay-up technique is used for the manufacturing of the tail booms. Primarily, two different conical shells were produced with hand lay-up technique. One was produced with 3-ply carbon fiber. To increase the resistance of the shell to torsion, it was strengthened by stiffeners. The other one was produced using honeycomb as core material and carbon/epoxy face sheets. The tail boom was also modeled by using ANSYS finite element software and static analyses were achieved. In test results, bending and torsional-bending features of manufacturing with honeycomb between 2-ply carbon fiber were better than manufacturing with 3-ply carbon fiber with stiffeners. Therefore, an unmanned helicopter tail boom was manufactured with honeycomb between carbon fiber. Totally, four plies carbon fiber and carbon fiber was used for unmanned helicopter tail cone. Cut four plies carbon fiber was weighed. In this process, the woven carbon (280 grams per square meter) was used in this production. Also, 2mm honeycomb was used for this process. 700 grams epoxy/hardener mixture was prepared for 700 grams composite materials. 500 g epoxy was mixed with 200 g hardener. The experiments had been repeated for 5mm, 10mm, 15mm and 20mm bending and torsional-bending displacements. Helicopter tail boom had been created a model using with ANSYS software and then, it had been solved for each displacements. Experimental and static analysis results had been compared with each other. Also, different tail cones had been created by using ANSYS finite element software. Furthermore, the result of DSC analysis is compatible with technical information of Hexion L285 epoxy. According to DSC analysis in İTÜ Polymer Laboratory, the glass transition event, Tg, is observed at 0 °C as an exothermic stepwise increase. The endothermic peak temperature reflects the maximum rate of curing of the resin. The endothermic peak temperature is 58.45° C.Therefore, composite semi-conical shells must be produced in 60ºC. Also, carbon fiber composite material was analyzed with Bruker D8 Advance X-ray diffractometer in İTÜ. According to İTÜ PML Laboratory, XRD diffraction study is similar to previous studies. Carbon fiber composite diffraction degree is approximately 26º.