Search

Havacılık endüstrisinde yüksek üretim standartları gereklidir. Bu gereksinimlerden biri imal edilen parçalarının ölçü ve yüzey hassasiyetidir. Elektro Erezyonla İşleme (EEİ) geleneksel olmayan hassas üretim yöntemleri arasında önemli bir yere sahiptir. Mikro delik-EEİ, yüksek boy-çap oranına sahip delikleri delmek için yaygın olarak tercih edilir. Bu çalışmada, Mikro delik-EEİ süreci incelenmiş ve havacılık malzemeleri üzerine etkileri araştırılmıştır. Bu malzemeler Nikel alaşımı Inconel 718 ve Titanyum alaşımı Ti-6Al-4V olarak seçilmiştir. EEİ'nin etkilerini incelemek için giriş parametreleri olarak; deşarj akımı (I), akım uygulanma (Ton) ve bekletme (Toff) süresidir. Giriş parametrelerinin etkilerini analiz etmek için Çıktı parametreleri; malzeme kaldırma oranı (MKO), yüzey pürüzlülük değeri (Ra) ve elektrot aşınma oranıdır (EAO). Deney tasarımı (DT) Taguchi metodu ile oluşturulmuştur. Sonuçlar regresyon analizi ile matematiksel bir model haline getirilip, bu model aracılığıyla girdi parametreleri ve performans parametreleri arasındaki ilişki yorumlanmıştır. Modelin güvenilirliği varyans analizi ile doğrulanmıştır. Regresyon analizi optimizasyonu ile MKO, EAO ve Ra'nın optimum değerlerine ulaşılması hedeflenmiştir. Sonuçların geçerliliği validasyon deneyleri ile desteklenmiştir. High production standards are required in the aviation industry. One of these requirements is the dimentional accurancy and surface quality of the manufactured parts. Electrical Discharge Machining (EDM) is one of the precise production method in the non-traditional manufacturing methods. Micro hole-EDM is widely preferred for drilling high aspect ratio holes. In this study, Micro hole-EDM process was investigated and its effects on the aerospace materials were examined. These materials were selected as Nickel alloy Inconel 718 and Titanium alloy Ti-6Al-4V. The EDM parameters were selected as; discharge current (I), pulse on time (Ton) and pulse off time (Toff). The Output parameters were selected as; material removal rate (MRR), surface roughness value (Ra) and electrode wear rate (EWR). Design of Experiment (DOE) was created by the Taguchi method. The results were transformed into a mathematical model with regression analysis, and the relationship between input parameters and response parameters was interpreted through this model. Reliability of the model was analyzed by analysis of variance. With regression analysis optimization, it is aimed to reach the optimum values of MRR, EWR and Ra. Validity of the results was supported by validation experiments. 103

154

Bu tez çalışmasında kriyojenik sıcaklıklarda çalışılan sistemlerin gerilme dağılımları, basınçlı tanklar özelinde incelenmiştir. Kriyojenik sıcaklık aralığı -150 santigrat derece ile mutlak sıfır (-273 santigrat derece) arası olarak tanımlanan bir sıcaklık aralığıdır. Sıcaklığın düşük olduğu durumlarda maddelerin birtakım özelliklerinde önemli farklılıklar oluşur. Maddenin bu özelliklerine esneklik, elektriksel direnç, dayanım ve iletkenlik örnek verilebilir. Kriyojenik malzemeler ilk olarak 1877'de oksijenin -183 santigrat dereceye kadar soğutulup sıvı faza geçirilmesiyle elde edilmiştir. Başlıca kriyojenik malzemeler sıvı azot, sıvı oksijen, sıvı argon, sıvı propan ve sıvı helyumdur. Dünya üzerinde tarih boyunca ölçülen en düşük hava sıcaklığı -89 santigrat derece civarındadır. Dünya üzerinde ölçülen en düşük hava sıcaklığı ile kriyojenik sıcaklıklar arasındaki fark bile oldukça fazladır. Böyle dramatik sıcaklık farklılıklarının olduğu sistemlerde ısıl gerilmeler oldukça önem arz etmektedir. Isıl gerilmelerin dahil olduğu durumlar hava-uzay yapılarından zirkonyum geçirilmiş nükleer yakıt çubuklarına kadar birçok mühendislik alanında artış göstermektedir. Bir mühendis için ısıl gerilmelerin hafifletilmesinin öneminin anlaşılması çok önemlidir. Örneğin, kriyojenik akışkanları aktarma sistemlerinin tasarımı, vakum gömlekli transfer hatları, ortam sıcaklığından kriyojenik sıcaklıklara soğutulduğunda birkaç santimetreye kadar diferansiyel kontraksiyonlara müsaade edecek seviyede olmalıdır. Herhangi bir sistemin komponentleri, sistem mekanik olarak kısıtlandığında ve sıcaklık değişimine bağlı olarak genişleme veya büzülmeye serbest olmadığında, sıcaklık değişikliğine maruz kaldığı her durumda ısıl gerilmeler oluşacaktır. Çoğunlukla ısıl gerilmeler parçayı daha büyük yaparak değiştirilemez. Isıl gerilmeler mekanik kısıtlamalar sebebiyle oluşur ve bu kısıtlamaların kapsamı azaltılarak kontrol altına alınabilir.Bu tez çalışmasının birinci bölümünde ısıl gerilme konsepti anlatılmıştır. Bu bölümde sıcaklık değişimlerinin kritik olduğu sistemlerin tasarımında izlenecek yol haritası belirtilmiş ve tasarım aşamasında kullanılan önemli parametrelerin üzerinden geçilmiştir. Tasarımda kullanılacak olan malzemenin mekanik ve ısıl özelliklerini belirten terimlerin açıklamaları ve analitik veya numerik olarak bu değerlerin nasıl elde edildiği bu bölümde anlatılmıştır.İkinci bölümde basınç tanklarından daha basit yapılar üzerinde ısıl gerilim konseptine giriş yapılmıştır. Bu bölümde düzgün sıcaklık dağılımına maruz kalan parçalar için gerilim-gerinim formül derivasyonları yapılmıştır. Yine ikinci bölümde, eksenel ve kesit alanı boyunca düzgün olmayan sıcaklık değişimine maruz kalındığı durumlar için hem analitik hem de numerik tasarım yöntemleri sunulmuştur. Isıl kuvvet ve ısıl moment kavramlarına giriş yapılmıştır. Üçüncü bölümde ısıl moment kavramı açıklanmıştır. Yapılan analizlerdeki kısıtlamalar belirtilerek, ısıl moment yüklemesine maruz kalan sistemler için deformasyon, gerilim, gerinim vb. formül derivasyonları yapılmıştır. Dördüncü bölümde silindirik tanklar için hesaplamalar ve derivasyonlar bulunmaktadır. Hem eksenel-simetrik yükleme için hem de eksenel sıcaklık değişimine maruz kalan silindirik tanklar için gerekli derivasyonlar yapılmıştır. Beşinci bölümde bu tezde anlatılan konunun pratik bir uygulaması işlenmektedir. Bu bölümde Delta V Uzay Teknolojileri A.Ş. şirketinin geliştirmiş olduğu TESOR Sonda Roketi'nin sıvı oksijen tankı, farklı sınır koşullar ve farklı yüklemeler altında analiz edilmiş ve gerekli hesaplamalar yapılmıştır. Yapılan analitik çözümlemelerin, sonuç bölümünde ANSYS paket programı ile edilen sonlu elemanlar yöntemi sonuçlarıyla karşılaştırılacağı belirtilmiştir. Bu bölümde ilk olarak TESOR Sonda Roketi'nin yerleştirme düzeni katı model üzerinde gösterilmiştir. Daha sonra sıvı oksijen tankının geometrisi ve boyutları hakkında kısaca bilgi verilmiştir. Sıvı oksijen tankının malzeme seçimi anlatılmış ve tankın üretim metodu hakkında bilgilendirme yapılmıştır. Sıvı oksijen tankının operasyon koşullarındaki yükleme durumu, maruz kalınan yükler açıklanmıştır. Sıvı oksijen tankı 3 farklı aşama için analiz edilmiştir. Tankın operasyonu sırasıyla dolum, basınçlandırma ve uçuş olarak gerçekleştirilmektedir. Buna paralel olarak birinci aşamada, sıvı oksijen dolumu yapılırken tankın sıvı seviyesine kadar olan kısmın 90 Kelvin dereceye kadar soğutulması esnasında sadece ısıl yükler uygulanarak analiz yapılmıştır. Hesaplamalar bütün girdiler elde edilinceye kadar yapılmış ve sonuçlar EK te verilen MATLAB koduyla elde edilmiştir. İkinci aşamada ısıl yüklemeye ek olarak tank basıncı da dahil edilmiştir. Tank üzerinde hem ısıl yükleme hem de iç basınç varken analizler yapılmıştır. Aynı şekilde, hesaplamalar bütün girdiler elde edilinceye kadar yapılmış ve sonuçlar EK te verilen MATLAB koduyla hesaplanmıştır. Üçüncü aşamada roketin uçuşu esnasında tank üzerine binen itki yüklemesi de denkleme dahil edilmiştir. Isıl yükleme, tank iç basıncı ve itki yüklemesi mevcut iken bütün analizler yapılmıştır. Birinci ve ikinci aşamada olduğu gibi, hesaplamalar bütün girdiler elde edilinceye kadar yapılmış ve sonuçlar EK te verilen MATLAB koduyla hesaplanmıştır. Altıncı bölüm sonuçlar ve tavsiyeler bölümüdür. Beşinci bölümde yapılan tüm analizlerin ve ANSYS paket programında yapılan analizlerin sonuçları bu bölümde paylaşılmıştır. Ayrıca ANSYS analizlerinde oluşturan modelin detayları, sınır koşulları bu bölümde açıklanmıştır. Analiz yöntemi ve analiz yönteminin seçilme nedenleri belirtilmiştir. MATLAB kodu aşağıda listelenen parametrelerin tank üzerindeki dağılımının grafiklerini vermektedir.-Eksenel bükülme gerilim bileşenleri dağılımı-Eksenel gerilim dağılımı-Deformasyon dağılımı-Çevresel gerilim dağılımı-Polar bükülme gerilim bileşenleri dağılımı-Polar membran gerilim bileşenleri dağılımı-Kesme gerilim bileşenleri dağılımı-Isıl gerilim bileşenleri dağılımı-Enine kesme gerilim dağılımıYukarıda listelenen bütün dağılım grafikleri her üç aşama için ayrı ayrı yazdırılmıştır. Daha sonra seçilen parametreler, ANSYS sonuçlarıyla karşılaştırılmış ve birbirleri arasındaki hata payı paylaşılmıştır. Son olarak, kriyojenik akışkanlarla çalışılan silindirik basınçlı tankların farklı yüklemeler durumunda dikkat edilmesi gereken noktalar üzerinde durulmuş ve tasarımcı/üretimci için tavsiyelerde bulunulmuştur. In this thesis, stress distribution of the systems which works in cryogenic temperatures are analyzed specifically for pressure vessels. In the first chapter of this thesis, concept of thermal stress has been described. In this chapter, a guideline for designing a system at which the temperature changes are critical has been emphasized and some important parameters which are utilized during design process have been mentioned. The terms which indicates mechanical and thermal properties of the material which is going to be selected for the design have been explained. It is also depicted how to obtain these terms both analytically and numerically.In the second chapter, thermal stress for structures which are simpler than pressure tanks has been introduced. In this chapter, stress-strain formulas for the parts which are exposed to an uniform temperature distribution have been derived. Also, both analytical and numerical design methods have been presented for the situations which have a nonuniform temperature variation across the cross section or axially nonuniform temperature variation. Thermal force and thermal moment have been introduced in this chapter. In the third chapter, thermal moment concept has been explained. Assumptions and limitations of the analysis has been indicated. Deformation, stress, strain, etc. formulas have been derived for the systems that are exposed to thermal bending loading.In the fourth chapter, there are calculations and derivations for cylindrical pressure vessels. All the necessary derivations have been made for the systems which are exposed to axisymmetric loading or axial temperature variation.In the fifth chapter, a practical application of this thesis's topic has been studied. In this chapter, the liquid oxygen tank of TESOR Sounding Rocket which has been developed by Delta V Uzay Teknolojileri A.Ş., has been analyzed under various boundary conditions and loadings and all the necessary calculations have been made. It has been indicated that the results which are obtained from the analytical calculations will be compared with the results which are obtained from the ANSYS package program at the conclusion part. In the fifth chapter, firstly, the layout of the TESOR Sounding Rocket has been depicted via solid model. After that, the dimensions and the geometry of the liquid oxygen tank have been illustrated. Information about the liquid oxygen tank's material selection and its manufacturing methods have been shared. Liquid oxygen tank's loading condition during its operation which are LOX filling, pressurization and flight, respectively, has been explained. The analysis has been accomplished for all three stages of operation separately. Accordingly, at the first step, after the LOX filling the tank is cooled until it reaches 90 Kelvin and only thermal loading are run for this stage. All the calculations have been made until all the necessary inputs are obtained. After this point, a MATLAB code which is provided in APPENDIX of this thesis is executed in order to get the results. At the second step, the tank is pressurized to 70 bar in addition to thermal loadings. At the third step, the thrust loading which is occurred during the rocket's flight is added to step 1 and 2 conditions. In the same manner as the first step, the calculations have been made until all the necessary inputs are obtained. After this point, a MATLAB code which is provided in APPENDIX of this thesis is executed in order to get the results for second and third steps. The sixth chapter is the conclusions and recommendations part. All the results of the analysis which are achieved in the fifth chapter have been shared in this chapter with the results which are achieved from ANSYS package program. Also, details of the generated model for ANSYS and its boundary conditions have been explained in this chapter. The prepared MATLAB codes provide the listed parameter's distributions below:-Axial bending stress resultant distribution-Axial stress distribution-Deformation distribution-Hoop stress distribution-Polar bending stress resultant distribution-Polar membrane stress resultant distribution-Shear stress resultant distribution-Thermal stress resultant distribution-Transverse shear stress distribution All the distribution graphics which are listed above have been provided for all three stages separately. After that, selected parameters have been compared with the ANSYS results and error percentages with respect to each other have been given. Finally, the important points to consider while working with the cylindrical pressure vessels which is operated with cryogenic fluids under various types of loadings have been mentioned and recommendations for designer/manufacturer have been made. 125

Infrared thermography is one of the effective non-destructive testing methods for damagecharacterization and identification in structural materials. Infrared thermography inducesa temperature variation on the specimen and monitors the surface temperature to detectdefects deep inside the structure. It offers advantages such as being a non-contact inspectmethod, the capability to scan large surface area and recording in real-time. Althoughvarious techniques have been developed for infrared thermography, lock-inthermography (LT) and pulse thermography (PT) are the most preferred ones due to theirrapid detection and in-service applicability. LT method uses sinusoidal heat waves indifferent frequencies, whereas PT, employs an instantaneous heat pulse to increase thespecimen's temperature and monitor its evolution to identify the defects due tomanufacturing and service conditions.This thesis focuses on both lock-in and pulse active thermography methods are used todetect different types of defects to assess the feasibility of these methods for non-iidestructive testing. To achieve this goal, delamination was first created in carbon fiberreinforced polymeric composites (CFRPC) during manufacturing, and then examined andcompared by two methods. Secondly, delamination, liquid ingress and debonding werecreated artificially during/after manufacturing in a glass/phenolic prepreg withNomexTM honeycomb core sandwich composites which is a widely used material in theaviation industry. The results were presented comparatively on the basis of advantagesand disadvantages. Moreover, the results were examined with acoustic emission (AE)method to have a better understanding of the delaminated sandwich structure.Finally, it is concluded that the most appropriate thermography method is LT method ascompared to another method, i.e. PT, used in the study in terms of depth andcharacterization of the defect. Using the results obtained in this thesis, barely visibledamage modes in CFRPC and phenolic-based sandwich structures used in the aviationindustry were detected by active thermography. In addition, the damage modes thatoccurred during the bending tests were correlated with AE. This makes a greatcontribution to the improvement of structural health monitoring of these materials in thefield of the aerospace industry Kızılötesi termografi, yapısal malzemelerde hasar karakterizasyonu ve tanımlanması içinetkili bir tahribatsız muayene yöntemlerinden biridir. Bu yöntem, numunede bir sıcaklıkdeğişimini tetikler ve yapının derinliklerindeki hataları tespit etmek için yüzey sıcaklığınıizlenmesini sağlar. Temassız kontrol yöntemi olan kızılötesi termografi yöntemi, genişyüzey alanını tarama ve gerçek zamanlı kayıt yapma gibi avantajları da sunar. Kızılötesitermografi için çeşitli teknikler geliştirilmiş olmasına rağmen, kilitli termografi (LT)tekniği ile flaş termografi (PT) tekniği hızlı tespiti ve servis kullanımı sırasındauygulanabilirliği gibi nedenlerinden dolayı tahribatsız hasar yöntemlerinden en çok tercihedilenlerdir. LT tekniği, farklı frekanslarda sinüzoidal bir ısı dalgası kullanır. Buna karşınPT yöntemi ise, numune sıcaklığını uyarmak için anlık bir ısı darbesi sağlar ve hatalarıtanımlamak için numune sıcaklığının evrimini izler.Bu tez, hem LT hem de PT yöntemlerine odaklanmaktadır ve bu yöntemlerin tahribatsıztestler için uygulanabilirliğini değerlendirmek üzere farklı türdeki kusurları tespit etmekiçin kullanılmaktadır. Bu amaca ulaşmak için, ilk önce üretim sırasında karbon fibertakviyeli polimerlerde (CFRP) delaminasyon oluşturuldu ve daha sonra iki yöntemle ivincelendi ve karşılaştırıldı. İkincisi, havacılık endüstrisinde yaygın olarak kullanılan birmalzeme olan NomexTM balpeteği çekirdekli sandviç kompozitlerle bir cam / fenolikprepreglerde üretim sırasında / sonrasında yapay olarak delaminasyon, sıvı girişi ve bağayrışması oluşturuldu. Sonuçlar, avantaj ve dezavantajlar temelinde karşılaştırmalı olaraksunulmuştur. Ayrıca, delamine olmuş sandviç yapıyı daha iyi anlayabilmek için sonuçlarakustik emisyon (AE) yöntemiyle incelenmiştir.Bu çalışmanın sonuçlandırılmasıyla, kusurun derinliği ve karakterizasyonu açısındançalışmada kullanılan diğer yöntemlere kıyasla en uygun yöntemin LT yöntemi olduğusöylenebilir. Bu tezde elde edilen sonuçlar sayesinde, havacılık endüstrisinde kullanılan,el ve çıplak gözle tespit edilemeyen CFRP ve fenolik bazlı sandviç yapılarda hasarmodları aktif termografi ile tespit edilmiştir. Ek olarak, bükme testleri sırasında meydanagelen hasar modları AE ile doğrulanmıştır. Bu çalışma, havacılık alanında katastrofik birarızayı önlemek için bu malzemelerin geliştirilmesine büyük katkı sağlamaktadır. 59

Aircraft Engineering is offered as a minor module at the University of Twente. It consists of 3 courses and a project in which students make a conceptual design of an aircraft. Every year around 100 students of 12 different bachelor programmes participate. This means that prior knowledge of students differs and working in interdisciplinary teams is a new challenge. To overcome the differences in prior knowledge the project groups are composed with a maximum variety of students from different bachelor programmes. This way, students can help each other to master the knowledge gaps. A series of three workshops on interdisciplinary teamwork was developed for this minor module. Results of these workshops are encouraging. The collaboration within the groups is good. In several groups the students helped each other with mastering the theory. Also students showed more concern for each other’s knowledge development. The group reflection reports that were part of the final project report showed that students did appreciate the interdisciplinary teamwork. Students indicated gaining insight in interdisciplinary teamwork as well in their individual strengths and weaknesses.

Aircraft Engineering is offered as a minor module at the University of Twente. It consists of 3 courses and a project in which students make a conceptual design of an aircraft. Every year around 100 students of 12 different bachelor programmes participate. This means that prior knowledge of students differs and working in interdisciplinary teams is a new challenge. To overcome the differences in prior knowledge the project groups are composed with a maximum variety of students from different bachelor programmes. This way, students can help each other to master the knowledge gaps. A series of three workshops on interdisciplinary teamwork was developed for this minor module. Results of these workshops are encouraging. The collaboration within the groups is good. In several groups the students helped each other with mastering the theory. Also students showed more concern for each other’s knowledge development. The group reflection reports that were part of the final project report showed that students did appreciate the interdisciplinary teamwork. Students indicated gaining insight in interdisciplinary teamwork as well in their individual strengths and weaknesses.

Havacılık ve taşıma endüstrisinde kriyojenik uygulamalarda metal malzemelerin kullanımı ön plana çıkmaktadır. Ancak, yapının ağırlığının azaltılması için metal malzemelerin polimer esaslı kompozitlerle değişimi giderek artmaktadır. Kriyojenik sıcaklıklara maruz kalmak; ki bu sıcaklıklar sıvı doğal gaz (LNG) için 77 K,sıvılaştırılmış hidrojen (LH2) için 20 K ve sıvılaştırılmış oksijen (LOX) için 2 K dir; malzemelerin fiziksel özelliklerinde değişikliğe yol açar. Bu sebepten dolayı, son derece düşük bu sıcaklıklara maruz kalan malzemelerin termal stabilitelerini korumaları gerekmektedir. Havacılık ve uzay şirketleri tarafından yayımlanan raporlarda belirtildiği üzere termoset reçineler kriyojenik sıcaklıklara maruz kaldıklarında son derece gevrek davranış göstermeye başlarlar ve bu da çatlak oluşumunu ve ilerlemesini tetikleyerek malzenin hasara uğramasına sebep olur. Termoset polimerlerin çapraz bağlı yapısından kaynaklı bu olumsuz etkinin engellenmesi için kimyasal direnci ve termal stabilitesi yüksek, yüksek darbe dayanımlı, kolay üretilebilen ve geri dönüştürülebilen termoplastik polimerlerin kullanılması alternatif bir çözüm yolu olarak öne çıkmaktadır. Termoplastik polimerler arasında ise ultra yüksek molekül ağırlıklı polietilen (UHMWPE) filmin sahip olduğu yüksek çekme dayanımı, düşük yoğunluk, düşük sıcaklıklarda dayanımını koruması bu çalışmada kullanılmasının başlıca nedenleri arasındadır. Yapılan çalışmalarda ise UHMWPE'nin kriyojenik sıcaklıklarda termoset polimerlerin aksine dayanımında artış olduğu ve sünek yapılarını koruyabildikleri gözlemlenmiştir. Ancak, çekme dayanımının aksine katmanlar arası kesme mukavemetinin son derece düşük olduğu da ispatlanmıştır. Kompozit malzemeleri iyileştirme yöntemleri reçine iyileştirmesi ve ara yüzey iyileştirmesi olarak iki ana başlık altında özetlenebilir. Matris dayanımını arttırmayönteminde katkı malzemesinin homojen şekilde dağıtılamaması malzemenin özelliklerini olumsuz yönde etkiler. Ara yüzey iyileştirmesinde ise nanomalzeme kullanmak kütle artışı olmadan güçlendirme sağlamak için çok sık tercih edilen yöntemlerdendir. KNT'ler altıgen şeklinde bağlanmış karbon atomlarının tek bir grafen tabakası meydana getirdikten sonra silindirik şekil almalarıyla oluşur ve yaygın olarak kullanılırlar. Sahip oldukları yüksek açıklık oranı, kiraliteleri ve duvar sayıları KNT'lerin üstün mekanik, elektriksel ve ısıl özellikler kazanmalarını ve birçok uygulamada kullanılmalarını sağlar. Ara yüzey iyileştirmesi için kullanılmalarında farklı yöntemler izlenebilir bunların başlıcaları ise fiber üzerinde büyütmek ve kağıt formunda üretip polimer katmanları arasına yerleştirmektir. Fiber üzerinde KNT büyütmek ekipman ve prosedür açısından maliyeti yüksek bir yöntem olduğu için, bu çalışmada kağıt formundaki KNT ara yüzeylerinden yararlanılmıştır. Kâğıt formundaki KNT'ler literatürde 'buckypaper'(BP) olarak adlandırılmaktadırlar ve sahip oldukları yüksek mukavemet, düşük ağırlık özellikleri ve nispeten kolay üretim yöntemleriyle hızlı endüstriyel uygulamalar için son derece uygundurlar. Arayüzey iyileştirme yöntemleriyle kompozitte çatlak oluşumu geciktirilir, çatlak ilerlemesi ve tabaka ayrılması engellenir nihai olarak da yapının ömrü uzatılır. Tezin deneysel kısmında ilk olarak KNT ara yüzeylerinin üretimleri detaylı şekilde açıklanmıştır. Ara yüzey olarak kullanılacak olan KNT BP çok duvarlı KNT'lerin sesüstü dalga üreten sonikatör kullanarak etanolde dağıtılmasıyla ve sonrasında vakum filtrasyon sistemi yardımı ile filter kağıdı üzerinde biriktirilerek BP formu alması sağlanmıştır. Sonrasında elde edilen KNT BP'ları filter kağıdından ayrıştırılıp, fırında kurutularak etanolün uçurulması sağlanmıştır. Böylece sadece KNT içeren kağıt formunda bir ara yüzey elde edilmiştir. Kullanılan ara yüzeyin kalınlık değişiminin, kompozitin ara yüzey kesme dayanımı üzerindeki etkisi farklı ağırlık yüzdelerinde KNT kullanılarak farklı kalınlıklara sahip BP'lar üretilerek incelenmesi amaçlanmıştır. Bu ağırlık yüzdeleri ise 0.05, 0.065, 0.13 ve 0.2'dir. Aynı zamanda, KNT BP'a alternatif olarak ikinci bir tip KNT ara yüzeyi eriyik karıştırma yöntemiyle üretilmiştir. Endüstriyel uygulamalar için hızlı bir üretim yolu olan bu yöntem ile KNT'lerin homojen dağıtımı daha kolay ve etkili bir şekilde gerçekleştirilmektedir. Bu yöntemin çalışmaya dahil edilmesiyle birlikte kimyasal işlemler gerektiren BP üretimiyle kıyaslanması hedeflenmiştir. KNT film ara yüzeyi, yüksek yoğunluklu polietilenin (HDPE), çift vidalı ekstrüderde eritilip KNT ile karıştırılmasıyla ve elde edilen KNT/HDPE taneciklerinin sıcak preste basılarak incefilm formu alması sağlanarak üretilmiştir. Tezin ikinci bölümünün ise KNT ara yüzeyi entegre edilmiş kompozitlerin üretimi açıklanmıştır. Bu kapsamda, oluşan KNT BP ve KNT/HDPE filmleri, UHMWPE filmlerinin orta katmanına yerleştirilmiş olup, UHMWPE filmi üreticisi tarafından belirlenen sıcaklık ve basınç altında basılmıştır. Mekanik test için standarda uygun boyutlardaki kompozitler su jeti kullanılarak kesilmiştir. KNT ara yüzeylerine ve kompozitlere uygulanan ısıl ve morfolojik karakterizasyonlar ile gerçekleştirilen mekanik testler detaylı şekildedeğerlendirilmişlerdir. Kompozitlerin ara yüzey kesme dayanım ölçümü ASTM 2344D testine göre oda sıcaklığı ve kriyojenik sıcaklıkta ki bu sıcaklık LH2 sıcaklığıdır (77 K) gerçekleştirilmiştir. UHMWPE kompozitin ara yüzey kesme dayanımı oda sıcaklığında, , % 0.05 KNT ağırlık yüzdesindeki BP kullanılarak %9.5, % 0.065 KNT ağırlık yüzdesindeki BP ile % 6.4 ve KNT/HDPE film kullanılarak % 13 arttırılmıştır. Kriyojenik ortamda ise bu dayanım KNT/HDPE film entegrasyonu ile % 3.2 arttırılmıştır. Kriyojenik sıcaklıklara maruz kalmanın, KNT/HDPE filmi kristal yapısı üzerindeki etkisi ve KNT BP'ların polimer ile emdirilme kalitesi taramalı elektron kalorimetresi(DSC) ve termogravimetrik analiz (TGA) ile araştırılmıştır. Bu analizler sonucu malzemelerin kristal yapısı ile mekanik dayanımı arasında ilişki kurulmuştur. Elde edilen sonuçlara göre polimer yapıya KNT eklemenin, çekirdeklenme alanları oluşturarak polimerin kristalinitede artışı sağladığı sonucuna varılmıştır. Bununlabirlikte, kriyojenik sıcaklıklara maruz kalmanın kristalinite oranında azalmaya sebep olduğu anlaşılmıştır. Kriyojenik şartlarda gerçekleştirilen testlerde gözlemlenen ara yüzey dayanımının iyileştirilmesindeki azalışın sebebi de krtistalinitenin azalmasıyla bağdaştırılmıştır. Morfolojik analiz çalışmalarında ise taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve ışık mikroskobuyla BP'ların ıslaklığı ve UHMWPE film ile yapışma kalitesi kontrol edilmiştir. Böylece, en etkin yapışmanın KNT/HDPE film arayüzeyi kullanılarak elde edildiği saptanmıştır ve bu sonuçlar da yüksek mekanik dayanım sonuçlarıyla desteklenmiştir. Brunauer, Emmett ve Teller (BET) analizi ile ise BP yüzey alanı hesaplanmış olup, yapı içerisindeki gözenek oranı araştırılmıştır. BET analizinden elde edilen veriler ile TGA hesaplamaları doğrulanmış ve desteklenmiştir. Metal alloys have dominated materials specifically in aerospace and transportation industry for cryogenic applications; however, the growing demand on weight reduction impels researchers to progressively replace metallic materials with polymer matrix composites (PMCs). Exposing to cryogenic temperatures such as 77 K for liquefied natural gas (LNG), 20 K for liquid hydrogen (LH2), and 2 K for liquid oxygen (LOX), causes a change in materials physical properties; therefore, selection criteria to operate in these temperatures are highly demanding to achieve thermal stability. According to reported studies, thermoset polymers become brittle when experiencedsuch low temperatures, which trigger the formation of cracks and delamination, thereby causes catastrophic failures of structure. To preclude such a brittle behavior of thermosets, thermoplastics are promising materials within their exceptional chemical resistance, ease of manufacture, thermal stability and recyclability as anenvironmentally friendly alternative material to nonrecyclable thermosets. The utilization of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) owing to exceptional properties as high tensile strength, low density, protecting its strength even at low temperatures and high chemical resistivity has been studied in the thesis. On the contrary to other materials, UHMWPE films tend to protect the load carrying capability and become stronger at very low temperatures than room temperature as desired for cryogenic applications. Despite the excellent mechanical performance of UHMWPE films under tensile loading, low shear strength and modulus between UHMWPE plies have been reported. Reinforcing strategies including matrix toughening and interface toughening are mostly preferred to enhance interlaminar properties of laminated composites. The main drawback of matrix toughening is limited dispersion of reinforcing fillers into the matrix. Among the interface toughening strategies, the most common route is integrating nanomaterials to the structure without causing any weight penalty with efficient dispersion and distribution. Carbon nanotubes (CNTs) in a cylindrical form consisting of hexagonal lattice structure of carbons are widely used as reinforcing fillers. The intrinsic properties of CNTs resulting from high aspect ratio, chirality, and wall number are the predominant reasons of integrating CNTs to enhance performance of thermoplastics for wide range applications. For interface toughening, CNTs can be implemented through different methods such as directly growth of CNTs on fiber surface and interleaving paper-formed CNTs into the composite interface. Growth of CNTs on substrate requires expensive equipment and relatively long production time. Hence, herein, interface toughening by interleaving paperformed CNTs buckypapers (CNT BPs) has been studied, and will be named as CNT BP. The main motivation is to benefit from outstanding properties of CNTs such high strength-to-weight ratio, lightweight, foldability and being fabricated by relatively easier manufacturing process which is crucial to implement for industrial applications. The CNT interleaving technique also promotes increased life-time of composite by delaying formation and propagation of cracks and hindering delamination. In the experimental part, first, fabrication of CNT BPs as interleaves is described in detail. The first interlayer which is CNT BP is fabricated by dispersing multi-walled CNTs in ethanol then filtered under vacuum. The effect of CNT interface thickness on the mechanical properties of composite, particularly interlaminar shear strength (ILSS) is investigated. The variation on the CNT layer thickness is obtained by fabricating CNT BPs in different weight percentages which are 0.05, 0.065, 0.13 and 0.2. As an alternative to CNT BPs, the second type of CNT interlayer is fabricated by melt mixing method to achieve homogenously dispersed CNTs within the polymer. High density polyethylene (HDPE) granules are mixed with CNTs through twinscrew extruder at elevated temperature, then CNT/HDPE granules are heated and pressed to form thin film CNT/HDPE core layer. In the second chapter, the CNT core layer reinforced UHMWPE laminated composite fabrication details are described. CNT BP and CNT/HDPE films are placed at the mid-plane of UHMWPE films and composites are manufactured by hot press. Laminated composites are cut by water jet in certain dimensions as specified in the related mechanical test standard. Thermal and morphological characterizations of CNT core layers and composites, also mechanical tests of composites are assessed. Mechanical tests are performed according to ASTM 2344D standard to measure the interlaminar shear strength (ILSS) of composites at room and cryogenic environment which is LN2 temperature (77 K). Thermal characterizations of CNT films are performed by thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC) to correlate relationship between mechanical performance of composites and the change in crystalline structure after exposed to cryogenic temperature and to evaluate impregnation quality of CNT BPs. The morphologic analyses which are scanning electron microscopy (SEM), optical microscopy and Brunauer, Emmett and Teller (BET) surface analysis reveal the impregnation qualities of CNT BPs. Specific surface area and porosity are calculated from BET results and the results are evaluated in conjunction with TGA results. The ILSS of UHMWPE composite is enhanced by the insertion of 0.05 wt% CNT BP by 9.5%, 0.065 wt% CNT BP by 6.4%, and melt mixed CNT/HDPE film by 13% at room temperature. At cryogenic temperature, ILSS is increased by 3.2% after CNT/HDPE film interleaving. 103

Bu çalışma, çok disiplinli ve kompleks bir ürün olan hava aracının yaşam döngüsü boyunca teknik olgunluğunun takibine yönelik modelin oluşturulmasını hedeflemiştir. Sorunsal Türkiye'de yürütülen hava aracı geliştirme projelerinde görülen ortak zorluklar dikkate alınarak oluşturulmuştur. Platform seviyesinde teknik olgunluğun takibinde yaşanan eksiklere çözümler aranmıştır. Sırasıyla, kavramsal çerçeve incelenmiş, mevcut olgunluk modelleri bulunmuş, mevcut uygulamaar ele alınmıştır. Sonrasında hipotezler ve destekleyici model oluşturulmuştur. Müşteri ve Yüklenici tarafında, farklı fazlarda tecrübeli uzmanlar ile yapılan mülakatlar ile model doğrulanmaya çalışılmıştır. Sonuç bölümünde modelde yer almayan diğer önemli ve çalışılabilecek konulara dikkat çekilmiştir. Anahtar Kelimeler: Hava Aracı Geliştirme, Yaşam Döngüsü, Olgunluk Modeli, Sistem Mühendisliği, Proje Yönetimi, Teknoloji Hazırlık Seviyesi (THS) The aim of this study is to develop a model for monitoring the technical maturity of the aircraft which is a multidisciplinary and complex product, throughout its lifecycle. Problematic has been created from common challenges seen in the aircraft development project in Turkey. Solutions have been sought for the deficiencies experienced in the monitoring of technical maturity at the platform level. The conceptual framework was examined existing maturity models were found and current practices were discussed, respectively. Then, hypotheses and supportive model were created. The model was tried to be verified by interviews with experienced personnel who worked in different phases of aircraft development lifecycle in both Customer and Contractor sides. In the conclusion, other important and workable issues that are not included in the model have been highlighted.Keywords: Aircraft Development, Lifecycle, Maturity Model, Systems Engineering, Project Management, Technology Readiness Level (TRL) 139