Uçakların Çalışma Prensibi, Uçaklar Nasıl Çalışır

Konusu 'Fizik' forumundadır ve RüzGaR tarafından 24 Şubat 2013 başlatılmıştır.

  1. RüzGaR Super Moderator


    Uçakların Çalışma Prensibi, Uçaklar Nasıl Çalışır
    Uçuş Mekaniği
    Bir cismin havada uçabilmesi için uçuş anında cisme çarpan hava en az cismin ağırlığına eşit bir kaldırma kuvveti meydana getirmesi gerekir. Uçak kanadı düz bir plaka olarak düşünülürse bu kaldırma kuvvetinin meydana gelmesi için, plakanın hareket düzlemiyle (hücum açısı denen) bir açı yapması, yâni hareket yönünde ön kısmının biraz kalkmış olması gerekir. Kanat hareket hâlindeyken eğik pozisyonundan dolayı alt kısmına çarpan hava aynı doğrultuda akışına devam edemeyeceği için kanadın alt kısmında yönünü değiştirir. Hava akımının yönünün değişmesi kanadın ona bir kuvvet uyguladığını gösterir. Newton’un üçüncü kuralına göre hava akımı da kanada eşit ve zıt bir kuvvet uygular. Bu kuvvet hem kanadı kaldırmaya hem de geriye doğru itmeye çalışır. Kanadın geriye itilmesi istenmeyen bir durumdur, çünkü uçağın hızını keser. Bu nedenle kanatlar, kaldırma kuvveti minimum olacak şekilde tasarlanır ve üretilirler. Hem kaldırma kuvveti, hem de sürüklenme kuvveti uçak hızına ve havanın yoğunluğu gibi faktörlerin tesiriyle birlikte hücum açısına bağlı olarak değişir. Bu kuvvetlerin kanada tesir ettikleri nokta, hücum açısı arttıkça kanadın hücum kenarına (uçağın ön tarafındaki kenar) doğru kayar. Bu kayma ise hücum açısının daha da artmasına sebep olur. Bu durumda kanat dengesiz bir hâl alır. Hücum açısının belli bir değerinden sonra kaldırma kuvveti birden azalmaya başlar. Kanat artık uçağı havada tutmaz hale gelir. Bu hadiseye uçak "stall" veya “pert dövites” oldu denir.

    İstenmeyen sürüklenme kuvvetinin yanında bir de uçağı kanat ekseni etrafında döndürmeye çalışan bir moment meydana gelir ki, bu momenti uçağın burnunu ya yukarı veya aşağı itmek sûretiyle döndürmeye zorlar. Uçağın havada yatay olarak uçabilmesi için bunun önlenmesi gerekir. Bu gâyeyle uçağın arka kısmında yatay kuyruklar bulunur. Bu kuyruklarda meydana gelen kuvvetler bu momenti karşılayarak uçağın dengesini sağlar. Uçan kanat diye adlandırılan uçaklarda ise bu moment, kanadın arka kısmına hareketli bir kısım ekleyerek karşılanmaya çalışılır. Fakat uçaklarda ihtiyaç duyulan motor, iniş takımları ve yük taşıma kısımları gibi sebeplerden dolayı uçan kanat tipi uçaklar gelişmedi. Bunun yerine kuyrukları kanada bağlayan ve motor gibi sistemleri taşıyan gövdeli tip uçaklar gelişti. Ayrıca uçağın inip kalkabilmesi için tekerlekleri taşıyan iniş takımları ve uçağın dengesinin sağlanması ve manevra yapabilmesi için düşey kuyruklar eklendi. Neticede uçakta gövde, kanat, iniş takımları, yatay ve düşey kuyruk gibi ana elemanlar meydana geldi.

    Ana elemanların yanında uçağın sevk ve idâresini sağlamak için çeşitli yardımcı sistemler ve teçhizatlar eklendi. Bunlar uçağın manevra yapmasını ve dengelenmesini sağlayan kumanda yüzeyleri ve bunun kumanda sistemi; yakıt sistemi; uçak hızının yüksekliğini vs. ölçen gösterge ve âletler, yük ve yolcular için döşeme ve koltuklar gibi genel sistemler ve diğer bazı özel sistemlerdir. Kumanda için kullanılan hidrolik, pnömatik sistemler, muhâbere ve seyrüsefer için kullanılan elektrik ve elektronik sistemler diğer bir deyişle aviyonikler, askeri amaçlar için geliştirilen silâh ve nişangah sistemleri özel sistemlerin başlıcalarıdır. Günümüzde hava araçlarının en pahalı ve önemli bileşenleri aviyoniklerdir. Uçaklar ebat, hız, menzil bakımından geliştikçe yardımcı sistemleri de gelişti ve daha mükemmel hâle geldi.

    Alt sistemler
    Kanatlar:
    Uçakların en önemli ana elemanıdır. Uçağın kaldırma kuvveti bunlarla sağlanır. Ayrıca iç kısımlarının yakıt deposu olarak kullanılması, motor, silâh ve iniş takımlarının ve küçük kanatçıkların bunlar üzerine yerleştirilmesi kanadın diğer görevlerini teşkil eder.

    Uçağa üstten bakınca, kanadın uçağın ön tarafındaki kısmına hücum kenarı, arka kısmına firar kenarı denir. Uçağın en sağ ve en sol uç noktalarını teşkil eden kısmına ise kanat ucu denir. Uçak boyuna paralel olarak kanat kesilirse mekik şeklinde bir kesit elde edilir. Kanat profili olarak adlandırılan bu kesit kanadın şeklini belirleyen en önemli faktördür. Günümüzde pek çok ülke tarafından geliştirilmiş çok çeşitli kanat profilleri vardır. Bu profilleri belirtmek için hücum kenarından firar kenarına kadar kanat kalınlığının ne şekilde değiştiğini gösteren tanıtma işâretleri bulunur. Meselâ Amerikan Havacılık Komitesinin (NASA) geliştirdiği kanat profilleri NASA 4415, NASA 23012 gibi işâretlerle belirtilir.

    Kanatların üstten bakıldığındaki şekilleri de değişik değişiktir. Bunlar trapez, eliptik, delta şeklinde veya gövde tarafı dikdörtgen, uç kısım trapez olabilir. Hatta uçağın arka kısmına doğru ok açısı denen bir açı yaparak eğik olan kanatlar da vardır. Tecrübî ve teorik çalışmalar en iyi kanat şeklinin eliptik olduğunu göstermesine rağmen imâli zor olduğundan fazla kullanılmamaktadır. Uçakların hızları arttıkça kanatların geriye doğru ok açısı yapması ve neticede bir üçgen veya delta şekline yaklaşması lâzımdır. Bu noktadan hareketle günümüzde kanat şekli uçuş esnâsında pilot tarafından değiştirilebilen süpersonik (ses hızının üstünde bir hızla uçan) uçaklar geliştirildi. Amerikan F-111, Fransız Mirage G8, Rus Mikoyen MİG-23 ve Sukhoi Su-7B ve Avrupa Birliği PANAVIA’nın MRCA Tornado uçakları bu tipten uçaklardır. Bunlara rağmen uçağın dengesini sağlamak için kanatlar öne doğru eğik de yapılır.Kanatların diğer bir husûsiyeti gövdeye bağlama şekillerinin değişik olmasıdır. Kanatlar gövdenin alt, orta ve üst kısmına bağlanabildiği gibi gövdeye irtibatı kanat dikmeleriyle sağlanacak şekilde gövdeden yukarıda da olabilir. Kanadın kaldırma kuvvetini meydana getirmesi için kanat alanının belirli bir değerde olması gerekir. İlk zamanlar kanatlarda fazla dayanıklı olmayan ağaç iskelet ve bez kaplama kullanıldığından kanatlar yanlara doğru fazla uzun yapılamıyordu ve lüzumlu kanat alanını elde etmek için alt alta iki üç tabaka hâlinde kanatlar yapılıyordu. 1930’lara kadar bu tip kanatlar kullanıldı. Sonradan çelik ve alüminyum malzemelerin kullanılmasıyla pek çok dezavantajı olan bu katlı kanatlar târihe karıştı. Günümüzde tek kat kanat kullanılmaktadır. Kanatların gövdeye bağlama yerinin seçimi pek çok faktöre bağlıdır. Meselâ kanadın gövdeye göre yukarda olması, gövdenin yere yakın olmasına bu da yolcu ve yük indirme bindirme işinin kolaylaşmasını sağlar. Ayrıca motor pervanelerinin toprak, taş ve (deniz uçaklarında) sudan zarar görmesine mâni olur. Kanadın gövdeye, gövdenin orta kısmından bağlanması, özellikle avcı uçakları için sağlam ve uygun bir yapıyı teşkil eder. Kanadın gövde altından geçmesi, iniş takımlarının kısa olarak yapılabilmesi, kalkışta kaldırma kuvvetinin daha fazla olması, kanat yere yakın olduğundan yere vurma gibi hâllerde yolcuları koruması ve yolcu kabininden geçmediği için özellikle yolcu uçaklarında kullanılan bir kanat yerleştirme şeklidir. Uçağın iki tarafındaki yarı kanatlar aşağı veya yukarı eğik olabilir. Hatta kanat önce aşağı veya yukarı, sonra orta kısmından tekrar ters yöne belli bir açıyla eğik olabilir ve uçağa önden veya arkadan bakıldığında kanatlar komple “M”, “W”, “V” veya ters “V” şeklinde olabilir. Kanadın yatay düzlemle yaptığı bu açılara “Dihedral” denir.

    Kanatların diğer bir görevi de kanatçık, slat, flap, aerodinamik fren, spoyler ve kanat ucu plakası gibi uçağın manevra kâbiliyetini ve kaldırma kuvvetini arttırmaya yarayan yüzeyleri üzerinde taşımaktır. Kanatçıklar, sağa sola yatışları sağlarlar ve kanadın firar kenarında bulunurlar ve kanat açıklığı boyunca uzanmayıp sâdece az bir kısmını işgâl ederler. Kanadın hücum kenarında bulunan slatlar hava akışını düzenlerler. Flaplar, uçağın iniş ve kalkış anlarında hızı düşünce havada tutunabilmesi için ek bir kaldırma sağlarlar. Aerodinamik frenler ve spoylerler, inişe geçmek ve inişten sonra kısa bir mesâfede durmak için hızın düşürülmesi gerektiği durumlarda açılarak frenleme yaparlar. Kanat ucu plâkaları, kanadın alt ve üstündeki basınç farkından dolayı meydana gelebilecek hava akımlarına mâni olur ve kaldırma kuvveti kaybını azaltır.

    Kanatların içi dolu olmayıp tesir eden kuvvetleri karşılamak için lonjeron denen kiriş ve profili şekillendiren sinirlerin meydana getirdiği bir iskeletten ibarettir. Bu iskeletin dışı profile uygun bir şekilde kaplanarak içi yakıt deposu olarak kullanılır.

    Gövde:
    Gövde esas olarak kanatla kuyruğu birbirine birleştirmesi görevi yanında çeşitli yardımcı sistemleri ve pilotu, bâzı uçaklarda iniş takımlarını, yolcuları, motorları ve silâhları taşımak gibi görevleri de vardır. Uçağın kullanıldığı yere ve şartlara göre değişik gövde şekilleri kullanılır. Meselâ deniz uçaklarının gövdesi denize inip kalkmaya elverişli bir şekilde yapılır. Yüksek irtifalarda uçabilen uçakların gövdeleri meydana gelebilecek basınç farkına dayanacak şekildedir. Eğitim uçaklarında pilot ve öğrenci kabininin yan yana veya arka arkaya olması gövdenin şekline tesir eder. Büyük yolcu uçaklarında gövde, yolcuların rahat edebilecekleri şekilde büyük bir silindir gibi yapılır. Savaş avcı uçaklarında ise gövde sadece kanat, motor ve pilot kabinini bir araya getirecek ve sürtünmeyi en düşük seviyede tutacak şekildedir. Ayrıca kanatların gövdeye bağlanış şekli ve yolcu indirme-bindirme gibi faktörler de gövde şekline tesir eder.

    Gövdenin yapısı taşıdığı yük, kanat, motor, silâh, iniş takımı ve kuyruk gibi kısımların ağırlığını ve basınç farklarını taşıyabilecek mukavemette olmalıdır. Bu noktadan hareketle üç çeşit gövde yapısı geliştirildi. Bunlar kafes-kiriş, mono-kok ve yarı mono-kok gövdelerdir. Kafes-kiriş yapı hafif uçaklarda kullanılır. Gövdenin kuvvetleri taşıması için bir kafes-kiriş iskeleti yapılır ve bunun üzeri bez, plastik veya hafif maddeden saçlarla kaplanarak aerodinamik şekli verilir. Mono-kok gövdelerde iskelet yoktur, bütün kuvvetleri kaplama saç taşır. Yarı mono-kok gövdedeyse yükleri hem iskeleti meydana getiren kirişler hem de kaplama taşır.

    Kuyruk:
    Kuyruk düşey ve yatay stabilize denen yüzeylerden ibârettir. Uçağın dengesini sağladığı gibi sağa sola dönme, burun aşağı veya yukarı gelecek şekilde yunuslama ve dalış, tırmanış hareketlerini de sağlar. Uçağın boyuna, enine ve düşey eksenler etrâfında dönme hareketleri özel adlar taşırlar. Sağa veya sola yatış şeklinde neticelenen boyuna eksen etrâfındaki dönme hareketine yalpa, uçağın burnunun aşağı veya yukarı dönmesi şeklinde neticelenen enine eksen etrafındaki dönmeye yunuslama, dikey eksen etrâfındaki sağa veya sola dönme hareketine ise dönme denir. Uçağın vida gibi döne döne alçalması şeklinde olan diğer bir hareket vril hareketidir. Yalpa hareketini kanadın firar kenarındaki kanatçıklar sağlar. Bunun için kanatçığın biri aşağı diğeri yukarı açılır. Kanatçıklardan biri kaldırma kuvvetini arttırırken, diğeri azaltır. Neticede yukarı açılan kanatçık tarafına, yâni taşımanın azaldığı tarafa uçak yalpa yapar.

    Uçağa yunuslama, dolayısıyla kabre denen tırmanış ve pike denen dalış hareketini yatay kuyruk sağlar. Kuyruk yukarı çekilirse kuyruk kısmında kaldırma artar ve uçağın burnu aşağı çevrilir. Aksi durumda burun yukarı çevrilir. Yatay kuyruk tek parça olabildiği gibi bir sâbit stabilize bir de hareketli yükseklik dümeni olmak üzere, parçalı da olabilir. Ayrıca hızlı büyük uçaklarda yükseklik dümeninin hareket ettirilmesinde yardımcı olan fletner denen yüzeyler de yükseklik dümeninin firar kenarında bulunurlar.

    Düşey kuyruk dümeni uçağın sağa sola dönmesini sağlayarak istikâmetini ayarlar. Bu sebeple buna istikâmet dümeni de denir. Uçağın dengesinin kararlılığını sağlamak için düşey ve yatay kuyruğun firar kenarlarında kompanzatör denen küçük yüzeyler kullanılır. Yatay kuyruk düşey kuyruğun üstüne yerleştirilebildiği gibi düşey kuyruk iki tâne olup, yatay kuyruğun uçlarına da eklenebilir.

    İniş takımları:
    Uçağın yere inmesini, yerden kalkmasını ve yerdeki hareketlerini sağlamak için iniş takımları kullanılır. Deniz, kara ve hem denize hem karaya inip kalkabilen anfibi uçakların iniş takımları farklılık gösterirler. Uçağın kara ile irtibatı tekerlek ile, denizleyse kayık ve uçak gövdesiyle sağlanır. İkisi ana, biri yardımcı olmak üzere iniş takımları üç tekerlekli yapılır. Yardımcı iniş takımı uçağın burun veya kuyruk kısmında bulunur ve uçağa yerde yön vermede ve ana iniş takımlarının yüklerini taşımada yardım eder. Pilot bu tekerleği sağa sola döndürmek sûretiyle uçağın yerdeki istikâmetini ayarlar. İnişte uçak hızının yatay ve düşey iki bileşeni vardır. Pilot inişte daha yere değmeden önce uçağı olduğu kadar yatay uçuş pozisyonuna getirerek düşey hız bileşenini en aza indirmeğe çalışır. Yatay hızın sebep olduğu kinetik enerji uçak frenlenerek yutulurken, düşey bileşenden ileri gelen enerji iniş takımları tarafından yutularak ısıya çevrilir. Bunu sağlamak için iniş takımlarında yay, amortisör ve tekerleğin lastiği gibi elemanlardan faydalanılır.

    Üç tekerlekli iniş takımlarında ana tekerlekler kanatlarda, yardımcı tekerlek ya burunda veya kuyruk kısımda olabildiği gibi çok tekerlekli ağır nakliye ve yolcu uçaklarında ana tekerlekler dört grup hâlinde gövdenin içine arka arkaya yerleştirilir. Meselâ Boeing 747 yolcu uçağının 16 ana, 2 yardımcı olmak üzere 18 tekerleği vardır. İniş takımlarının diğer bir husûsiyeti sâbit veya katlanabilir olmalarıdır. Sâbit iniş takımları düşük hızlı, basit uçaklarda kullanılır. Uçakların hızı ve iniş takımlarının ebadı arttıkça aerodinamik dirençleri de çok artar. Bu durumda iniş takımları uçuş esnâsında katlanarak kanat veya gövde içine saklanır. Bunu sağlamak için de elektrikli, hidrolik veya pnömatik güç sistemlerinden faydalanılır. İçeri alındıktan sonra iniş takımları kapaklarıyla kapanır.turkeyarena.net İniş takımının kapalı ve açıkken olduğu gibi kalabilmesi için kilit ve emniyet mekanizmaları kullanılır. Ayrıca iniş takımlarının kapalı veya açık olup olmadığını pilota bildiren ikaz sistemleri vardır.

    Uçak motorları:
    Uçaklarda, uçağın havalanmasını ve havada uçuşunu sağlayan motorların hafif, güvenilir, gürültüsüz ve ekonomik olması aranan özelliklerdir. Hafiflik motorun birim tepki kuvveti veya beygir gücü başına düşen ağırlığıyla ifâde edilir. Motorun arıza yapmadan ve az yakıt harcayarak çalışması gerekir. Ayrıca bakımının, sökülüp takılmasının kolay olması da aranan özellikleridir. Uçak motorlarının tipleri şöyledir:

    1) Pistonlu (pervaneli),
    2) Türboprop (pervaneli),
    3) Türbojet,
    4) Türbofan,
    5) Ram-jet ve Püls-jet,
    6) Roket motoru.

    Pistonlu motorlar, hızı saatte 500 km’ye varmayan pervaneli uçaklarda kullanılır. Pistonların motordaki düzeni karşılıklı veya yıldız şeklinde olmak üzere 36 silindire kadar olanları vardır. Su veya hava soğutmalıdırlar. Yüksek oktanlı benzin kullanırlar. Uçak yükseldikçe motor veriminin azalmasını önlemek için süberşarj denen aşırı besleme yapılır. Ayrıca pervâne veriminin en üst düzeyde olması için pervane paleleri kendi eksenleri etrafında dönecek şekilde değişken hatveli yapılır. Neticede yine de pistonlu, motorlu ve pervaneli uçakların hızları ve yükselişleri sınırlıdır.

    Türboprop sistemlerde pervâneyi gaz türbinleri çevirir. Pistonlu motorlardan daha yükseklerde ve daha hızlı uçuşa elverişlidir. Umûmiyetle nakliye ve yolcu uçaklarında kullanılır. Helikopterlerde de aynı sistem vardır; pervâne yerine helikopter motoru çalıştırılır. Gaz türbinlerinin gücü günümüzde 500 şaft beygir gücünün üzerinde yapıldığından hafif uçaklarda pek kullanılmamaktadır. Türbinle pervâne arasında verimin üst düzeyde olması için devir düşüren bir dişli kutusu bulunur. Güçleri on bin şaft beygir gücüne kadar çıkar ve jet yakıtı kullanılır.

    Türbojet sistemler, yâni jet motorlarında da gaz türbini kullanılır. Motor egzostundan çıkan hızlı sıcak gazların tepkisiyle uçuş gücü elde edilir. Pistonlu ve türboprop motorlarda sınırlı olan uçuş hızı jet motorlarıyla aşılarak ses hızının üstünde uçan süpersonik uçaklar yapılması mümkün hâle geldi. Uzun menzilli yolcu uçakları, avcı ve bombardıman uçaklarında jet motorları kullanılmaktadır.

    Türbofan ve Baypass sistemleri de jet motorlarının bir çeşididir. Motorun ön veya arka kısmında bulunan ve pervâneye benzer fan kısmı motorun içinden geçen havayı arttırıp tepki kuvvetinin artmasını sağlar. Baypass jet motorlarında da kompresörde sıkışan havanın bir kısmı yanma için yanma odalarına girerken bir kısmı motorun dış çeperlerini soğutarak egzosta gider. Her iki çeşit motorun da gâyesi düşük hızlarda yakıt sarfiyatının azaltılmasıdır.

    Ram-jet ve Puls-jet motorlar uçaklarda pek kullanılmaz. Pilotsuz bomba ve uçaklarda kullanılır. Türbin, kompresör gibi dönen bir kısmı yoktur. Önden giren hava yanma neticesinde hızla egzosttan atılarak tepki sağlanır.

    Roket motorlarının diğerlerinden en önemli farkı çalışmak için havaya ihtiyaç duymamasıdır. Çünkü yakıtla birlikte yanmayı sağlayan oksijen de motorun bulunduğu sistemde berâber bulunur. Bu sebepten roket motorları bulundukları çevreye bağlı kalmadan denizaltında ve uzayın hava olmayan boşluklarında kullanılabilmektedir. Yakıt olarak katı veya sıvı kimyevî yakıtla birlikte nükleer ve güneş enerjisi de kullanılır. Roketli mermiler, güdümlü mermiler, pilotlu ve pilotsuz uçaklar, uzay araçları başlıca kullanıldığı yerlerdir.

    Yardımcı sistemler:
    Uçağın hız, yükseklik, yatış, dönüş, yükselme, alçalma gibi çeşitli pozisyonlarının yönünü pilota bildiren ve uçaklarda standart hâle gelen ana uçuş sistemleri yanında pek çok yardımcı sistem de vardır. Gelişen teknolojiye paralel olarak uçuş yükseklik ve mesafelerinin artması gece ve bulut gibi değişik hava şartlarında uçma mecburiyetini; bu da bu şartlarda uçuşun sağlanabilmesi için çeşitli yardımcı sistemleri elzem hale getirdi. Bu sistemler çeşitli elektronik cihazlardan ibârettir. Muhabereyi sağlayan telsizler, seyrüsefer cihazları, iniş kontrol sistemleri, atış kontrol cihazları, radarlar, otomatik pilot, kompüter ve değişik gâyeli elektronik cihazlar belli başlılarıdır.

    Yüksek irtifalarda uçarken pilot ve yolcuların normal şartlarda yaşamasını sağlaması için elzem olan basınçlandırma, havalandırma ve ısıtma ve soğutma da önemli yardımcı sistemlerdendir.
     



Sayfayı Paylaş