Green Composites in Aviation Industry: NACA 4452 Rib Application

Year 2024, , 272 - 288, 31.08.2024

Mesut Uyaner , Kübra Karadal , Tolga Merdan , Nagehan Nur Acar

https://doi.org/10.47112/neufmbd.2024.48

Abstract

Today, the use of composite materials is increasing in direct proportion with the developing technology. Composite materials appear in many different areas of our lives, especially in the machinery, automotive and aerospace industries, and in many other areas. Composite materials are materials that are formed by combining at least two materials at a macro level that will help us achieve maximum efficiency for the area we will use and the structural features we want. The desired structural features, especially the number one priority in the aerospace industry, provide us with the lightness and high strength features more successfully, and as a result, the companies have come to better levels economically and indirectly the price-performance ratio of the services has increased to higher levels. With the direct impact of composite materials on our lives and the developing technology, it has become inevitable to increase more interest and expectations in this field. Polymer composites made from natural fibers and biopolymers are called green composites and have some advantages and disadvantages compared to composites. Our study reveals the properties of green composites, their usage areas, their place in todays and aerospace industry and presents the stress analysis of glass fiber/Elium in thermoplastic composite systems considered as green composites in NACA 4452 aircraft wing rib. This study has shown that the glass fiber/Elium thermoplastic composite system can be easily used in replace of metal ribs, as thermoset composite systems, which are hard and costly to recycle.

Keywords

Analysis, Aviation, Green Composite, Renewability, AL 7075-T6, Glass fiber/Elium

Havacılık Sektöründe Yeşil Kompozitler: NACA 4452 Rib Uygulaması

Abstract

Günümüzde kompozit malzemelerin kullanımı gelişen teknolojiyle birlikte doğru orantılı bir şekilde artmaktadır. Kompozit malzemeler hayatımızın birçok farklı alanında özellikle makina, otomotiv ve havacılık ve uzay sanayide ve bunun gibi birçok alanda karşımıza çıkmaktadır. Kompozit malzemeler kullanacağımız alan ve istediğimiz yapısal özellikler için maksimum verime ulaşmamızda yardımcı olacak en az iki malzemenin makro düzeyde birleşmesiyle oluşan malzemelerdir. İstenilen yapısal özellikleri özellikle havacılık ve uzay sanayide bir numaralı öncelik olan hafiflik ve yüksek mukavemet dayanımı özelliklerini bize daha başarılı bir şekilde sunmakta ve bunun neticesinde de şirketlerin ekonomik olarak daha iyi seviyelere gelmesine ve dolaylı yoldan hizmetlerin fiyat performans oranında daha üst seviyelere çıkmasına sebep olmuştur. Kompozit malzemelerin hayatımıza doğrudan etki etmesi ve gelişen teknoloji ile birlikte bu alana daha çok ilgi ve beklentinin artması kaçınılmaz hale gelmiştir. Doğal liflerden ve biyo-polimerlerden yapılan polimer kompozitler yeşil kompozitler olarak adlandırılır ve kompozitlere kıyasla bazı avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır. Çalışmamız yeşil kompozitlerin özellikleri, kullanım alanları, günümüzde ve havacılık sektöründeki yerini ortaya koymakta ve yeşil kompozit olarak değerlendirilen termoplastik kompozit sistemlerinde cam elyaf/Elium’ un NACA 4452 uçak kanadı ribinin gerilme analizini sunmaktadır. Bu çalışmamız, bertarafı zor ve maliyetli olan termoset kompozit sistemlerinin yerine termoplastik kompozit sistemi olan cam elyaf/Elium sisteminin metal rib yerine rahatlıkla kullanılabileceğini ortaya koymuştur.

Keywords

Analiz, Havacılık, Yenilenebilirlik, Yeşil Kompozit, AL 7075-T6, Cam elyaf/Elium

References

• H. Awais, Y. Nawab, A. Amjad, A. Anjang, H. Md Akil, M.S. Zainol Abidin, Environmental benign natural fibre reinforced thermoplastic composites: A review, Composites Part C: Open Access. 4 (2021) 100082. doi:10.1016/J.JCOMC.2020.100082.
• A.P. da Costa, E.C. Botelho, M.L. Costa, N.E. Narita, J.R. Tarpani, A review of welding technologies for thermoplastic composites in aerospace applications, Journal of Aerospace Technology and Management. 4 (2012) 255-266. doi:10.5028/jatm.2012.040303912.
• D. Mathijsen, Leading the way in thermoplastic composites, Reinforced Plastics. 60 (2016) 405-407. doi:10.1016/j.repl.2015.08.067.
• T.Subash, S.N. Pillai, Bast fibers reinforced green composites for aircraft indoor structures applications: Review, Journal of Chemical and Pharmaceutical Sciences. 7 (2015) 305-307.
• C. Scarponi, C. Santulli, F. Sarasini, J. Tirillò, Green composites for aircraft interior panels, International Journal of Sustainable Aviation. 3 (2017) 252. doi:10.1504/IJSA.2017.086848.
• S. Gopi, P. Balakrishnan, M.S. Sreekala, A. Pius, S. Thomas, Green materials for aerospace industries, içinde: Biocomposites for High-Performance Applications, Elsevier, 2017: ss. 307-318. doi:10.1016/B978-0-08-100793-8.00011-9.
• H.S.S. Shekar, M. Ramachandra, Green composites: A review, Materials Today: Proceedings. 5 (2018) 2518-2526. doi:10.1016/j.matpr.2017.11.034.
• C. Soutis, X. Yi, J. Bachmann, How green composite materials could benefit aircraft construction, Science China Technological Sciences. 62 (2019) 1478-1480. doi:10.1007/s11431-018-9489-1.
• B. Ateş, S. Bayraktar, M. Arıcı, Z. Akçay, B. Durak, M. Uyaner, Termoplastik kompozitten yapılmış ve kapı boşluğu içeren uçak gövde parçasının sanal testi, Aerospace Research Letters (ASREL) Dergisi. 2 (2023) 52-62. doi:10.56753/ASREL.2023.2.1.
• P. Dharmendra, K.J. Chaithanya, A. Sameera, K. Kavathiya, K.M. Monika, Design and analysis of an aircraft wing rib for different configurations, International Research Journal of Engineering and Technology. 7 (2020). www.irjet.net.
• W.D.C. Jr, D.G. Rethwisch, Materials Science and Engineering: An Introduction, 2018.
• R.F. Gibson, Principles of Composite Material Mechanics, CRC Press. 2016. doi:10.1201/b19626.
• O. Faruk, M. Sain, Biofiber Reinforcements in Composite Materials, Woodhead Pub Ltd, Elsevier Ltd, Cambridge, 2015.
• P. Khalili, M. Skrifvars, A. Ertürk, Fabrication, mechanical testing and structural simulation of regenerated cellulose fabric Elium® thermoplastic composite system, Polymers. 13 (2021) 2969. doi:10.3390/polym13172969.
• A. Baysal, P. Yayla, H.S. Türkmen, A review on engineering biocomposites and natural fiber-reinforced materials, Journal of Sustainable Construction Materials and Technologies. 7 (2022) 231-249. doi:10.47481/jscmt.1136018.
• B.C. Kandpal, R. Chaurasia, V. Khurana, Recent advances in green composites – a review, International Journal For Technological Research In Engineering (IJTRE). 2 (2015) 742-747.
• T. Dağ, N. Yıldırım, G. Şentürk, M. Durmazoğlu, S. Yıldırım, M. Uyaner, Virtual investigation on the response of Glare to low velocity impact, içinde: 2023 10th International Conference on Recent Advances in Air and Space Technologies (RAST), IEEE, İstanbul, 2023, 1-5. doi:10.1109/RAST57548.2023.10198016.
• M. Uyaner, A. Yar, Nano elyaf takviyeli nanokompozit üretimi ve karakterizasyonu, Necmettin Erbakan Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi. 1 (2019) 10-