hkucuk

Uçakların Uçmasında Aerodinamik Kuvvetlerin Etkisi

12 Kasım 2019 • ☕️ 4 dk okuma • 🏷 havacılık, uçaklar

Yazar tarafından şu dillere çevrildi: English


Amatör olarak havacılık ile ilgileniyorum. Uçaklarda kullanılan teknolojilere, uçağın uçmak için hazırlanması sürecindeki işleyişe, insanların-kargoların uçağa ulaştırılması ve uçaktan çıkartılması süreçlerine hayranlık duyuyorum. “Uçmak insanlık için en önemli başarı mı?” tartışılabilecek bir konu ama uçmak için kanatlara sahip olmayan varlıklar olarak doğanın kurallarına meydan okuduğumuz kesin.

Bu yazı aerodinamik kuvvetleri ve uçakların nasıl uçtuğu ile ilgili. Havacılıkla hiç ilgimiz olmasa da aerodinamik kuvvetlerini okuyup uçakların nasıl hareket ettiğini anlamak hiç zor değil.

Uçakları düşündüğümüzde birçok insan en önemli elemanın motorlar olduğunu düşünür fakat bu doğru değildir. Bir uçağı havada tutan ve ağırlığını dengeleyen ana eleman kanatlardır. Planörleri, kağıt uçakları, kuşları düşündüğümüzde motorsuz bir şekilde uçma eyleminin gerçekleşebildiğini görebiliriz. Tabii bu motorlar gereksiz anlamına da gelmemektedir. :)

Aerodinamik kuvvetlerini anlayarak bir uçağın nasıl uçtuğunu kolayca anlayabiliriz. Aerodinamik; hareket eden katı kütlelerin havayla etkileşimini inceler. Basitçe; aerodinamik nesnelerin havada hareket etme şeklidir ve aerodinamik kuralları bir uçağın nasıl uçtuğunu açıklamaktadır. Havada hareket eden uçaklara etki eden 4 adet kuvvet vardır. Bunlar: 

Lift (kaldırma)
Thrust (itme)
Drag (sürükleme)
Weight (ağırlık)'tır.

Ağırlık uçaklara etki eder ama bir aerodinamik kuvvet değildir.

Aerodynamic Forces

Lift Force (Kaldırma Kuvveti)

Aşağıdaki şekilden de anlaşılacağı gibi lift (kaldırma) yukarı yönde etki eden aerodinamik kuvvettir. Lift, uçağın havada kalmasını sağlar. Yukarı yönlü bu kuvvet, uçağın ağırlığını dengeler ve lift (kaldırma)‘in weight (ağırlık)‘ten büyük olduğu durumda uçak yükselir. Peki lift nasıl oluşturulur. Tabii ki uçağın kanatlarının yardımıyla.

Lift Force

Yukarıdaki fotoğraf bir uçak kanadının şeklini göstermektedir. Uçak kanatlarının üstü kavisli, alt tarafları ise düzdür. Bu şekil havanın yukarıdan aşağıya doğru daha hızlı akmasını sağlar. Sonuç olarak da altta yüksek basınç, üst kısımda da alçak basınç oluşur. Bu basınç farkı kanadı ve ona bağlı uçağı yukarı hareket ettirir.

Thrust Force (İtme Kuvveti)

İtme gücü, uçağı ileri doğru iten jet motorları-pervaneler-roketler tarafından üretilen kuvvettir. Thrust (itme) drag (sürükleme)‘den yüksek olduğunda uçak ileri doğru hareket eder.

Thrust Force

Thrust (itme) kuvvetinin oluşması motorların işlevinde saklıdır. Tüm motorlar, girişten (inlet) havayı alır ve kompresör ile sıkıştırır. Ardından türbin içerisindeki yanma odasında yakıtı kullanarak yakar ve enerji üretilir. Daha sonra yüksek basınçlı hava motorun arka tarafından yüksek hızda dışarı çıkartılır. Newton’un III. Yasası her etki için aynı büyüklükte ve ters yönde bir tepki olduğunu söylemektedir. Bu kural hava motordan çıktığında işlemektedir. Yüksek hızlı hava motordan çıktığında uçağı ileri doğru itmektedir.

Drag Force (Sürükleme Kuvveti)

Her harekette, kesinlikle bir miktar dirençli kuvvet vardır. Uçağın hareketine karşı çıkan kuvvette Drag (sürükleme) kuvvetidir. Bir nesnenin şekli sürükleme miktarını etkilemektedir. Dar yüzeyler genellikle geniş olanlardan daha az sürtünmeye sahiptir. Aynı şekilde yuvarlak yüzeyler de genellikle düz olanlardan daha az sürtünmeye sahiptir. Bir yüzeye çarpan hava miktarı arttığında drag(sürükleme)‘nin kuvveti de artacaktır.

Bu sebeplerle uçaklar maksimum lift (kaldırma) ve minimum drag (sürükleme) üretecek şekilde tasarlanırlar.

Weight Force (Ağırlık Kuvveti)

Ağırlık tüm kuvvetlerin en basiti ama en önemlisidir. Bu yüzden uçak yapı mühendisliğinin ana kuralı şudur: “Mümkün olduğu kadar hafif tasarla”.

Burada Kartopu Etkisi‘nden bahsedilebilir.

Snowball Effect Bir uçağın ağırlığını azaltırsanız, uçmak için daha az miktarda kaldırma kuvveti gerekecektir. Daha düşük kaldırma ihtiyacı da kanat boyutunu küçültebileceğiniz anlamına gelir. Yine daha küçük motorlar daha az sürtünmeye sebep olur, bu nedenle daha küçük motorlarla üretilecek daha az itme kuvveti yeterli olur. Sonunda da daha küçük motorlar ve kanat boyutu, uçak ağırlığında daha da azalmaya yol açacaktır.

Kaynaklar