Akademik Veri Yönetim Sistemi
TÜBİTAK Projesi, 2022 - 2024
Modern çağın getirdiği her yenilik aynı zamanda onunla baş edebilmek için bir dizi tedbiri de beraberinde getiriyor. Son zamanlarda elektrik, elektronik ve telekominikasyon sektöründeki hızlı ilerleme, kullanılan cihazlardan yayılan elektromanyetik(EM) dalgadan korunabilme ve gizlenebilme ihtiyacını ortaya çıkardı.
İstenmeyen EM dalgalar farklı alanlarda olumsuz sonuçlara sebep olmaktadır. İyonize olmayan radyasyonun insan sağlığına olan etkileri özellikle aşırı düşük frekans (extremely-low-frequency; ELF) ve mikrodalga frekans aralıklarına tepkisi üzerine geniş bir literatür mevcuttur (Anyaka ve Akuru, 2012). Genel olarak, radyofrekans (RF) radyasyonunun doku ve organ sistemleri üzerindeki rapor edilen etkileri termal etkileşimlere atfedilmektedir, ancak düşük alan yoğunluklarında termal olmayan etkilerin varlığı hala aktif bir araştırma konusudur. (National Library of Medicine) Ayrıca istenmeyen EM dalgalar elektronik cihazlarda girişime sebep olarak işlevlerini bozabilmektedir. Öte yandan askeri harp stratejilerinde hedef tespiti kadar hedeften gizlenmek de hayati önem arz etmektedir. Optik tabanlı algılamaya karşı, kara araçlarının çevresel ortamlara uygun kamuflaj malzemeleri ile kaplanması çözüm olabilirken, radar tabanlı EM algılamadan gizlenmek için radar emici malzemelere (REM) ihtiyaç duyulmuştur. Gerek askeri hava ve kara araçlarının gerekse depo, mühimmat, hangar gibi gizlenmesi gereken kritik alanların korunması stratejik önem arz etmektedir. Bu nedenle EM gizlilik teknolojileri alanındaki çalışmalar son yıllarda hız kazanmıştır. REM tasarımında asıl amaç kaplandığı malzemenin radar tarafından algılanamaması için kendisinden saçılan EM enerjiyi olabildiğince minimize etmektir.
Son çeyrek asırda bu amaçla gerçekleştirilmiş ekran soğurucu/ radar emici malzeme oluşturmak için mükemmel elektrik iletkeni (Perfect Electric Conductor; PEC) üzerinden tek katmanlı, çok katmanlı ve/veya dirençli levha kullanımına dayalı çeşitli yaklaşımlar kullanılmıştır ancak çok katmanlı radar emici (ÇRE) yapıları üstün soğurma yetenekleri ile son yıllarda ön plana çıkmaktadır. (Toktas vd., 2018) İyi bir REM’de aranılan özellik EM dalgayı emme performansının yüksek olmasının yanında aynı zamanda ince bir ürün olması ve ekonomik yollarla elde edilebilir olmasıdır. Düşük yansıma katsayısı ve düşük kalınlıkta ÇRE üretmek içinse katmanlarda kullanılan malzemelerin dizilimleri ve kalınlıklarının optimum tanımlanmış olması gerekmektedir. ÇRE tasarımında kalınlık ve yansıma katsayısı arasında var olan ters ilişki, iki parametreden de ödün vermeden üretilecek bir ÇRE için optimizasyon algoritmalarının kullanımını zorunlu kılar (Atıcı vd., 2023). Bu amaçla yapay arı kolonisi (ABC) (Toktas, Ustun, Yigit, Sabanci, & Tekbas, 2018), merkezi kuvvet optimizasyonu
14
(CFO) (Asi & Dib, 2010), parçacık sürü optimizasyonu (PSO) (Chamaani, Mirtaheri, & Shooredeli, 2008) ve genetik algoritma (GA) (Yao, Yang, Li, Xu, & Bi, 2023) (Weile, Michielssen, & Goldberg, 1996) gibi doğadan esinlenmiş optimizasyon algoritmaları farklı frekans aralıklarında çalışan ÇRE tasarımları üretmek için kullanılmış ve başarı sağlamıştır. Ancak gerçek hayatta kullanışlı bir REM tasarımı için hem TE (Transverse Electric) polarizasyon hem de TM (Transverse Magnetic) polarizasyonda minimum yansıma katsayısını elde edebilmek için optimizasyon işlemi ayrı amaç fonksiyonlarında gerçekleştirilmelidir. Aksi takdirde bir polarizasyon türünde başarı yakalanırken diğerinde istenilen değerlerin altında kalınabilmektedir. Daha önce bu yolla optimize edilmiş bir REM’e rastlanmamıştır. Bu çalışmada ise PSO ve ABC algoritmalarının modifiye edilmesiyle daha etkili bir optimizasyon gerçekleştirilmiş ve katman sırası ve kalınlıklarının tek bir dizide tanımlandığı ÇRE’lerden farklı olarak katman sırası ve kalınlığının ayrı ayrı tanımlandığı TE ve TM polarizasyonun ayrı amaç fonksiyonlarında hesaplandığı iki aşamalı üç amaçlı optimizasyon gerçekleştirilmiştir.
EM saçılımların minimize edilmesindeki en önemli etken radar emici özelliği yüksek olan malzemelerin kullanılmasıdır ki bu, bazı metalik olmayan malzemelerin kullanımıyla mümkün olmaktadır. Ayrıca, REM’lerin emici özeliklerinin, yapısında barındırdığı ferromanyetik malzemelerden geldiği bilinmektedir. Ferromanyetik davranış sergileyen malzemeler ise bağıl manyetik geçirgenlikleri 1’den çok büyük olan maddeler olup oda sıcaklığında sadece demir, nikel, kobalt ve bunları içeren çoğu alaşımlardır. Projemizde kullandığımız metalürjik atıklar genellikle oksitli veya sülfatlı yapılardan oluşmaktadır (𝑆𝑖𝑂2, 𝐹𝑒𝑂, 𝐹𝑒2𝑂3 , 𝐴𝑙2𝑂3, 𝑁𝑎2𝑂, 𝑀𝑔𝑂, 𝐶𝑎𝑂, 𝑃𝑏𝑆𝑂4, 𝐶𝑎𝑆𝑂4, 𝑍𝑛𝑆𝑂4 vb.) Ayrıca bu atıklar prosesin tipine göre metalik, sülfürlü veya oksitli yapılarda bazı değerli metaller (Cu, Zn, Co, Ti vb.) içermektedir. Özellikle tufal atığı başta olmak üzere bazı atıklar ise magnetit açısından zengin atıklardır. Atıkların sahip olduğu bu içerikler dikkate alındığında, bu tip atıklar REM’lerle benzer özelliğe sahiptir.
Bu projede ise literatürde ilk kez, metalürjik atıkların (öğütme ve sinterleme gibi ön işlemlerle) savunma sanayiinde ÇRE (yüzey kaplaması) üretiminde hammadde olarak kullanılması amaçlanmıştır. Bu bağlamda bu atıkların elektriksel karakterzisayonun gerçekleştirilmesi, askeri yapıların kaplanmasına yönelik olarak şekillendirilmesi ve çok katmanlı yapıda üretilmesi amaçlanmıştır. Üretilen ÇRE yapı 1.7 cm kalınlığında olup, F35 benzeri uçaklarda kullanılan kaplamalara nispeten kalındır, fakat projede kullanılan malzemelerin tamamen atık malzemeler olması, üretim süreçlerinin ve maliyetlerinin diğer yapılara nispeten oldukça ekonomik olması ve karasal sabit yapıların yüzey kaplamasında kullanılacak olması projenin özgünlüğünü ve etkinliğini ortaya koymaktadır. Proje çerçevesinde incelenecek metalürjik atıklar bakır, demir-çelik, çinko, alüminyum, bor olmak üzere beş farklı sektörden temin edilmiştir. Metalurjik atıklar proje kapsamında kullanılan temel malzemeler olup bu atıklara belirli oranlarda demir tozu ve kolloidal silika katkılanmasıyla, projede kullanılacak malzeme çeşitliliği arttırılmış ve proje hedeflerini sağlayan ÇRE yapının üretilmiştir. Geliştirilecek optimizasyon algoritmasının performansı kadar kullanılacak malzeme çeşitliliği de nihai ürünün kalitesini etkileyeceğinden, malzeme çeşitliliği (şekillendirme ve katkılama gibi işlemlerle) olabildiğince arttırılmış ve projenin yöntem bölümünde anlatılmıştır.