Yazar : Erhan İNANÇ UTED Kurucu Üyesi erhaninanc@uted.org

Boeing B787 ve Airbus A350 gibi modern uçaklarda, gövde yapımında kompozit malzemelere geçiş yapıldığını gördük. Bu, yeni uçak tasarımları için ileriye giden yol olacak gibi görünüyor. Kompozitin bazı zorlukları var. Buna karşılık daha düşük ağırlık, verimlilik ve işletme maliyetinde önemli iyileştirmeler sunuyor. Bu yazımda kompozitin avantaj ve dezavantajlarını inceleyeceğiz.

Uçaklar her zaman metalden yapılmamıştır. Bir çok erken uçak yapımında ahşap ve kumaş kullanılıyordu. Ve sadece ilk tek veya çift kanatlı uçaklar gibi küçük uçaklar değil, Huş ağacından (Birch) yapılmış Spruce Goose olarak bilinen, ahşap Howard Hughes H4 Hercules, o tarihe kadar yapılmış en büyük uçaklardan biriydi. H4 Hercules bir deniz uçağı idi, prototipi sadece bir kez uçtu ama ahşap yapısı nedeniyle değil, 2. Dünya Savaşı'nın sona ermesi nedeniyle ihtiyaç kalmadığı için seri üretime ve hizmete giremedi.

 Ahşap, pratik bir malzemedir. Düşük maliyetli ve düşük ağırlıktadır. Ancak yüksek hızlı uçuş için yeterince güçlü değildir. Hızlar arttıkça ve jet motorları kullanımı başlayınca metal daha iyi bir seçenek haline geldi. Metal uçak yapısı için alüminyum en iyi seçimdi. Dayanıklı, hafif ve  nispeten ucuzdu. Titanyum aslında daha da iyi ama çok pahalı. Aluminyumun stres yorgunluğunu ve korozyon sorunlarını azaltmak için uçaklarda Duraliminium denilen alüminyum alaşımları kullanılmaktır. Bu tür alüminyum alaşımları, yakın zamana kadar tüm jet uçak gövde ve kanat yapısının temelini oluşturmuştur. Uçak yapısında çok az miktarda da olsa çelik veya demir gibi başka metaller de kullanılabiliyor. 

Modern uçaklarda, özellikle Boeing B787, Airbus A350 uçaklarının yapısında kompozit malzemeye geçildiğini söylemiştik. Bunlar, önemli ölçüde kompozit yapıya sahip olan ilk iki uçak tipidir.

 Ancak, daha önce bazı uçaklar da kompozite geçmeye başlamıştı. Örneğin A380 yaklaşık %20 ve B777 yaklaşık %12 kompozit içeriyor. Gidişat kompozite doğru iken, ilginç bir şekilde yeni B777’nin ileri bir versiyonu olacak B777X alüminyum bir gövdeye sahip olacak.

 Kompozit, birleştirildiğinde tek başına elemanlardan daha iyi performans gösteren iki veya daha fazla farklı malzemeden yapılan bir malzemeyi ifade eder. B787 Dreamliner için kullanılan malzemelerin yaklaşık %50'si Karbon Fiber Takviyeli Plastik (CFRP-Carbon Fiber Reinforced Plastic ) ve diğer kompozitlerdir. Diğer malzemelerin oranı, alüminyum %20, titanyum %15 ve çelik %10.

 Airbus A350’de CFRP’den yararlanıyor. Üreticinin web sitesinde CFRP’yi nasıl kullandığına dair şöyle bir açıklama var : “CFRP üretiminde, her bir elyafı mikroskobik incelikte binlerce karbon iplik bir araya toplanıyor, bunlar ve diğerleri, gerekli sertlik seviyesini elde etmek için sağlam bir reçine tarafından onları bir arada tutan bir matriste birleştiriyor. Kompozit bileşenleri, birbiri üzerine serilen ve daha sonra tipik olarak otoklav adı verilen bir fırında ısı ve basınç kullanılarak birleştirilen, hassas şekillendirilmiş tabakalar olarak üretilirek yüksek kaliteli bir kompozit elde edilir”

 Kompozitlere geçiş kredisinin çoğu Boeing’den kaynaklanıyor. Bugüne kadar en çok satan geniş gövdeli model olarak B777’nin başarısını 787’de yeni bir uçak tasarımıyla takip etmeyi B787’deki 777’den daha yüksek orandaydı ve Boeing’i kompozit gövde için kanıtlanmamış bir pazara taşıdı. Yine de havayolları kompozit yapıya olumlu tepki verdi. Öyle ki Airbus, A350 için planlarını gözden geçirmeyi ve ayrıca A350XWB ile yeni temiz bir kompozit geniş gövde tasarlamayı tercih etti.

 Kompozitlerin Avantajları

Başlıca avantajı, havayolları için daha düşük yakıt tüketimi, emisyon ve koltuk başına düşük maliyet sağlayan ağırlık azalmasıdır. Bu tür malzemeler ayrıca, havayolları için bakım süresini ve maliyetini azaltıyor, özellikle korozyona ve yorgunluğa karşı duraluminyumdan daha dayanaklı.

 Kompozit herhangi bir formda kalıplanabilir. Kompozit, birbirine perçinlenmesi gereken alüminyum levhalar yerine, tüm gövdenin varil şeklinde tek parça olarak yapılmasına izin veriyor. Boeing, B787’nin yapımında bunu kapsamlı bir şekilde kullandı. Gövde bölümleri İtalya ve Japonya gibi farklı ülkelerde üretildi ve ardından Dreamlifter kargo uçağı ile son montaj için Boeing’in ABD fabrikalarına uçtu.

 Kompozit gövdede fark edeceğiniz bir diğer fark ise yolcu pencereleri daha büyüktür. Gövdenin yorulmaya karşı daha dayanıklı olması sayesinde pencere boyutları büyütülebildi. B787, herhangi bir yolcu uçağından daha büyük yolcu pencerelerine sahip ve kompozit kullanımı ilerledikçe daha da büyüyeceğini görebiliriz. Kompozitler ticari yolcu uçakları için şu anda iyi bir şekilde devam ediyor. 

Peki, dezavantajları var mı?

Maliyet bir dereceye kadar aynı sayılır. CFRP bileşenlerinin üretimi standart metalik parçalara göre daha pahalı olduğu biliniyor. Bu, üretim ve kullanım genişledikçe değişebilir. Ancak zamanla, pahalı olmasının daha düşük bakım maliyetleriyle dengelenebileceği düşünülüyor.

 Ancak, kompozit yapıda olası hasarların tespiti ve değerlendirilmesi konusunda bazı endişeler var. Kompozit gövdeye alınacak bir darbe hasarını, metal bir uçak gövdesinde olduğu kadar kolay görünür değil ve dolayısı ile tespit edilmesi ve onarımı kolay değil. Tespit edilemediği için onarılmayan bu gizli hasarın ileride büyük sorunlar yaratacağı biliniyor. Bu nedenlerle, Sivil Havacılık Otoritelerinin bu endişelerini hafifletmeye yönelik önerileri arasında daha iyi eğitim ve potansiyel uçak gövdesi temaslarının daha ciddi olarak izlenmesi ve raporlanması yer alıyor. Gizli kompozit gövde hasarları, optik, elektrik ve akustik gibi testlerle kontrol ve tespit edilmesi zorunlu.

 Boeing, Ekim 2020’den bu yana, bir yılı aşkın süredir üretimi tamamlanmış 100’den fazla B787 Dreamliner uçağını alıcılarına teslim edemiyor. FAA, B737 MAX uçaklarının arka arkaya düşmesi sonrası MCAS sisteminde üretim hataları bulunması ile yeni üretilen uçaklarda yaptığı denetim yöntemini değiştirince, Boeing yeni uçakların kompozit gövdelerinde zayıf bölge tespiti ve onarımı ile boğuşuyor. Üreticinin kompozit hatalarını bulup onarmakta yetersiz kaldığı durumda bakım kuruluşları bunu nasıl tespit edip onaracak? Konu hakkında geniş bilgiyi Airlinehaber sitesinde Kasım 2021’de yayınlanan “Boeing alıcılarının hayal kırıklığı” haberinde bulabilirsiniz.

 Bir diğer zorluk ise, kompozit gövdeli uçakta yapılacak modifikasyonu ile ilgili. Örneğin kompozit yapılı bir yolcu uçağını kargo uçağına dönüşümleriyle ilgili sorun. Kompozit bir gövdede bir ana kargo kapısını kesmek ve oraya kocaman bir kapı yerleştirmek, alüminyumdan çok daha zor. Bunu kompozit gövdeli yolcu uçakları yaşlanıp kargoya dönüştürülmeye başlandığında göreceğiz.