Solid Particle Erosion Behavior of Carbon Fiber - Metal Wire Hybrid Reinforced Polymer Composites

Karbon Fiber-Metal Tel Örgü Hibrit Kompozitlerin Katı Partikül Erozyonu Davranışları

Abstract

Carbon fiber reinforced composite materials (CFRP) are being widely used in aircraft parts andunmanned air vehicle (UAV) airframe production due to their high specific stiffness and strength. Besides theirsuperior characteristics, they have a disadvantage of poor electrical conductivity when used in UAV airframeswhich subjected to lightning strike during their service life. In order to protect UAV airframe from lightningstrike damage, adding a metal wire to CFRP composite is an alternative method. Moreover, UAV and aircraftairframe materials subjected to solid particle erosion damage during their service life also.Surface damageinduced by solid particle erosion cause aerodynamic losses and result with increase in specific fuel consumptionor shortening of maximum air vehicle range. Also worn body could be lost its lightning strike residence. It isevident that there is no much literature study about CFRP - metal wire hybrid reinforced composites solidparticle erosion behavior. The aim of this study is to characterize the solid particle erosion behavior of CFRP -metal wire hybrid reinforced composite and analyze the post wear damage induced in the surface of the samples.Solid particle tests were performed according to ASTM G 76 standard in a specially designed test rig.Mass lossand erosion rate measurements after tests were done and damage mechanisms were discussed. Surface roughnessanalysis of specimens before and after solid particle erosion tests were performed by using 3D non-contact laserprofilometer.

Özet

Karbon fiber güçlendirilmiş kompozitler hava araçlarının parçalarında ve insansız hava araçlarının (İHA) gövde yapılarında yüksek fiziksel özellikleri ve mekanik dayanıklılıklarından dolayı sıklıkla kullanılmaktadır.Bu üstün özelliklerinin yanında yıldırıma maruz kalmış bir İHA da yetersiz elektrik iletkenliği gösterirler.Karbon fiber güçlendirilmiş kompozitlere metal bir tel örgü eklemek İHA gövde yapılarını yıldırım hasarından korumak için alternatif bir yöntemdir.Diğer yandan İHA ve hava aracı gövde yapıları servis süreleri boyunca katı partikül erozyonuna da maruz kalırlar.Katı partikül erozyonunundan kaynaklanan yüzey hasarları aerodinamik kayıplara dolayısıyla yakıt tüketiminin artmasına ve hava araçlarının menzilinin kısalmasına sebep olur.Aynı zamanda hasarlı kısımlar yıldırım direncinin de azalmasına sebep olacaktır.Literatürde karbon fiber-metal örgü hibrit güçlendirilmiş kompozitlerin katı partikül erozyonuyla ilgili yeterli sayıda çalışma yoktur.Bu çalışmanın amacı bu kompozitlerin katı partikül erozyonu davranışlarını karakterize etmek ve numune yüzeylerinde oluşan aşınma hasarını analiz etmektir.Katı partikül testleri ASTM G 76 standartlarına göre dizayn edilmiş test düzeneklerinde yapılmıştır. Testlerden sonra ağırlık kaybı ve erozyon ölçümleri yapılmış, hasar mekanizmaları tartışılmıştır.Katı partikül testlerinden önceki ve sonraki numunelerin yüzey pürüzlenmesinin analizi temassız üç boyutlu lazer profilometre kullanılarak yapılmıştır.